大跨斜拉桥风荷载模拟及施工阶段抖振响应分析

发布时间：2017-10-23 09:48

  本文关键词：大跨斜拉桥风荷载模拟及施工阶段抖振响应分析

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【摘要】：随着交通事业的蓬勃发展,大跨度桥梁建设也进入了发展的黄金时期。然而桥梁跨度的增大,使得结构变得更柔,桥梁结构对风荷载的敏感性也随之增加。因此,大跨度桥梁风致振动问题,成为了桥梁抗风研究亟需攻克的难题。目前,桥梁抗风研究内容主要是桥梁风致振动研究和引起桥梁风振的风荷载研究,本文依托鳌江四桥工程,分别对该桥主梁断面三分力系数和桥梁周围脉动风场进行了模拟,并对该桥进行施工阶段的抖振分析。主要工作和结论如下:(1)依据鳌江四桥断面计算参数,对桥梁断面进行三分力系数的数值模拟,把计算得出的阻力系数与《公路桥梁抗风规范》JTG/T D60-01—2004规定值进行对比,结果表明规范偏于保守;(2)为了研究气动措施和附属设施对主梁断面三分力系数的影响,设计了风嘴角度、中央开槽和增设附属设施三种形式的断面,采用CFD方法实现对三分力系数的数值模拟,结果表明:设置风嘴角降低了主梁断面的阻力系数,升力系数和升力矩系数变化斜率增大;阻力系数随着开槽率的增加而增大,其变化趋势变缓,从而降低了三分力系数对风攻角的敏感性;增加附属设施后,阻力系数明显减小,升力系数变化斜率增大,升力矩系数变化斜率则减小;通过观察主梁断面周围流场分布状况发现,主梁底部产生了较大的高风速区,因此,需要增加导流措施,以避免桥梁结构的破坏。(3)为了研究模拟参数的合理性,对截断频率进行讨论。其中,截断频率取值愈大,风速谱包含的能量值愈多,模拟精度也就越好;截断频率的取值对空间高度敏感性较强,高度越低,截断频率取值越大;采用谐波叠加法模拟了大跨斜拉桥的随机风场,并把模拟得到的功率谱与目标功率谱进行对比,结果显示两者吻合较好,从而验证了模拟结果的合理性。(4)借助ANSYS软件建立鳌江四桥的三维有限元模型,并对其施工阶段进行抖振分析,结果表明:在塔梁结合处受到的内力作用最大;抖振响应对桥梁产生的作用与静风响应接近;自激力对抖振响应的影响较大,在进行抗风设计时忽略自激力作用得到的抖振响应结果偏于保守。
【关键词】：CFD 三分力系数 脉动风 抖振响应
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U448.27
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 桥梁抗风理论的发展10-12
• 1.3 CFD在桥梁工程中的应用12-13
• 1.4 风对桥梁结构的作用13-14
• 1.4.1 风对桥梁结构的静力作用13-14
• 1.4.2 风对桥梁结构的动力作用14
• 1.5 本文研究内容14-17
• 第2章 大跨斜拉桥三分力系数的数值模拟研究17-39
• 2.1 流体力学控制方程17-18
• 2.2 控制方程的离散化18-20
• 2.2.1 离散方法18-19
• 2.2.2 离散格式19-20
• 2.3 湍流模型20-22
• 2.3.1 单方程（Spalart-Allmaras）模型20-21
• 2.3.2 标准k-ε 模型21
• 2.3.3 RNG k-ε 模型21-22
• 2.4 鳌江四桥主梁断面三分力系数的数值模拟研究22-26
• 2.4.1 三分力系数定义22
• 2.4.2 鳌江四桥主梁断面三分力系数模拟22-24
• 2.4.3 模拟结果分析24-26
• 2.5 气动措施对三分力系数的影响26-34
• 2.5.1 风嘴对三分力系数的影响26-30
• 2.5.2 中央开槽对三分力系数的影响30-34
• 2.6 附属设施对三分力系数的影响34-37
• 2.7 施工阶段三分力系数的曲线拟合37-38
• 2.8 本章小结38-39
• 第3章 大跨斜拉桥随机风场模拟39-53
• 3.1 自然风的基本特性39-44
• 3.1.1 平均风的基本特性40-42
• 3.1.2 脉动风的基本特性42-44
• 3.2 谐波叠加法44-45
• 3.3 参数选取讨论45-47
• 3.4 大跨斜拉桥的随机风场模拟47-51
• 3.4.1 主梁的随机风场模拟47-49
• 3.4.2 主塔的随机风场模拟49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 大跨斜拉桥动力特性分析53-65
• 4.1 工程概况53-55
• 4.2 大跨斜拉桥有限元建模55-57
• 4.3 大跨斜拉桥施工阶段动力分析57-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第5章 大跨斜拉桥施工阶段抖振响应分析65-81
• 5.1 风荷载的时域化65-70
• 5.1.1 静风荷载65-66
• 5.1.2 抖振风荷载66
• 5.1.3 气动自激力66-69
• 5.1.4 线性抖振的时域分析69-70
• 5.2 施工阶段抖振时域分析70-78
• 5.2.1 最大单悬臂状态70-74
• 5.2.2 最大双悬臂状态74-78
• 5.3 自激力的影响78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第6章结论与展望81-83
• 6.1 主要研究成果及结论81-82
• 6.2 研究展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 附录89-91

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本文编号：1082757