大跨窄钢桁架加劲梁悬索桥抖振时域计算分析

论文摘要

窄桥面的大跨悬索桥由于其造价低廉、施工方便在我国西部山区存在很多,其上部结构刚度较小,对风的敏感性较强,虽然可以通过一定的抗风措施保证其不会发生发散性的动力破坏,但是抖振却不可避免,而现有的大跨桁架桥的抖振分析都是基于大型公路桥梁,对于这种窄桥面加抗风措施的桥梁应该单独进行分析得出有用的结论。本文以一主跨278m,桥面宽4m的钢桁架加劲梁悬索桥—新疆赛吾迭格尔大桥为工程背景,对该类桥型的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对几个关键的影响因素进行了分析。主要工作内容有:1、利用改进的谐波合成法,以沿高度变化的Simiu谱和Lumley-Panofsky谱为目标对新疆桥全桥风场进行了模拟,生成了桥梁结构离散点处竖向和横向脉动风时程。2、利用Davenport抖振力模型和推广的Scanlan自激力表达式对抖振力和气动自激力进行了模拟,并综合考虑了结构的几何非线性、主缆桥塔风荷载、有效风攻角的影响,得出了桥梁结构的抖振响应结果。3、对上述因素的影响程度进行了对比分析,得出了几点结论:对于该类型悬索桥,结构的大变形效应对抖振响应影响为负,计算动力响应可以偏保守不考虑结构的大变形,这样可以节省大量计算时间;计算中各因素对主梁各方向抖振响应的影响各不相同,所以在计算简化中应该区别对待;对该类型悬索桥,抖振对横向位移的影响比较大,应该重点考虑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁抖振的研究方法
• 1.2.1 抖振响应频域分析方法
• 1.2.2 抖振响应时域分析方法
• 1.2.3 全桥气弹性模型试验法
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 脉动风场的模拟
• 2.1 大气边界层内自然风特性研究
• 2.1.1 平均风速和脉动风速的概念
• 2.1.2 基本风速与设计基准风速的确定
• 2.1.3 风速的脉动特性
• 2.2 脉动风场的模拟
• 2.2.1 风场模拟方法概述
• 2.2.2 改进的谐波合成法
• 2.3 本章小节
• 第三章 桁架悬索桥抖振时域分析方法
• 3.1 桁架悬索桥结构的有限元模型
• 3.1.1 桁架悬索桥建模方法
• 3.1.2 桁架悬索桥建模常用单元类型
• 3.2 风荷载的模拟
• 3.2.1 静风荷载
• 3.2.2 脉动风抖振力
• 3.2.3 脉动风自激力
• 3.3 非线性因素的处理
• 3.3.1 结构几何非线性
• 3.3.2 气动荷载非线性
• 3.3.3 非线性计算方法
• 3.4 抖振时程分析计算
• 3.4.1 抖振时域计算方法
• 3.4.2 瞬态动力学分析
• 3.5 时程后处理
• 3.6 本章小结
• 第四章 新疆赛吾迭格尔悬索桥抖振计算及结果分析
• 4.1 新疆赛吾迭格尔大桥工程概况
• 4.1.1 地理位置与地形概况
• 4.1.2 桥梁结构形式及抗风措施
• 4.2 计算参数确定
• 4.2.1 全桥有限元模型
• 4.2.2 全桥结构动力特性的计算
• 4.2.3 主梁及构件三分力系数确定
• 4.2.4 主梁气动导数确定
• 4.2.5 结构阻尼确定
• 4.3 新疆赛吾迭格尔大桥风场模拟
• 4.4 悬索桥抖振计算及结果分析
• 4.4.1 静力计算结果
• 4.4.2 时域计算时长的确定
• 4.4.3 时域计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢