风雨共同作用下斜拉桥横桥向反应特性研究

发布时间：2019-07-22 14:33

【摘要】：应用谐波叠加法模拟生成风荷载时程曲线,根据提出的雨荷载计算方法,通过对雨滴与桥面之间夹角问题的研究,得到不同风速、不同雨强下桥面雨荷载时程曲线。应用有限元软件建立斜拉桥三维模型,对全桥施加横桥向单独风荷载作用及风雨共同作用。结果表明,主梁加速度和位移在主跨跨中达到最大值,主梁和索塔横桥向剪力在梁塔连接处达到最大值,斜拉索拉力在边跨最长拉索处达到最大值。考虑雨荷载的影响后,主梁和索塔加速度值、位移值和剪力值均有一定的提高,但斜拉索拉力值变化不明显。
【图文】：

(1+X2)4/3．(1)式中:X=1200f/v－10，f为频率(Hz);K为表面阻力系数;v－10为标准高度为10m处的平均风速(m/s)。通过谐波叠加法得到脉动风速时程曲线，并生成风荷载时程曲线［14］。表面阻力系数K=0．00129，地面粗糙度系数α=0．12，时程总长t=300s，时间步长Δt=0．1s，截至频率ω=5Hz，频率范围等分数N=1024，10m高度处平均风速V10选取3个等级，分别为20．7m/s(8级风)，28．4m/s(10级风)，36．9m/s(12级风)。通过数值模拟得到主跨跨中和索塔塔顶的脉动风速时程曲线(V10=36．9m/s)，如图1所示。图1主跨跨中和索塔塔顶脉动风速时程曲线Fig．1Pulsatingwindspeedtime-historycurvesofthemid-spanandthetower-top通过与目标功率谱比较表明，主跨跨中和索塔塔顶模拟风速谱与目标谱曲线是一致的，表明该数值模拟方法是准确合理的，如图2所示。将脉动风速与平均风速进行叠加，得到沿不同高度处各点的风速时程，计算得到横桥向风荷载时程为Ft=CHAV2(t)1．6．(2)式中:CH为结构阻力系数;V(t)为各时间点风速值;A为桥梁各构件迎风面在各模拟点处所受面积。·2·

第5期李宏男，等:风雨共同作用下斜拉桥横桥向反应特性研究图2脉动风模拟风谱与目标谱比较Fig．2Comparisonofpulsatingwindspectrumandtargetwindspectrum根据现行公路桥梁抗风设计规范［15］，得到在横桥向风作用下主梁、过渡墩、辅助墩、斜拉索CH值。1．2雨荷载表1降雨等级分类Table1Ｒainfallclassification降雨等级暴雨大暴雨(弱)大暴雨(中)大暴雨(强)降雨量I/(mm/h)3264100200本文计算采用作者提出的以每小时降雨量作为划分标准［16］，如表1所示。考虑到小雨到大雨等级降雨所产生的荷载对斜拉桥作用较小，故不计小雨到大雨等级分类。雨滴只在重力场作用下，下落速度不断增加，当重力与空气阻力达到平衡时，雨滴开始匀速下降，此时的速度即水滴的末速度Vm。通过大量的公式进行计算及实地观测，发现以下公式的计算结果较为准确［17］。式中D为雨滴直径。即:Vm=106(0．787D2+503i酓)－1，D＜1．0mm，(3)Vm=(17．2－0．844D)0．1i酓，1．0mm＜D＜3．0mm，(4)Vm=D0．113+0．0845D，3．0mm＜D＜6．0mm．(5)试验结果表明，雨滴谱一般服从负指数分布，使用广泛的是马歇尔－帕尔默指数分布，简称M-P分布或M-P谱［18］，即n(D)=n0exp(－ΛD)．(6)式中:n0=8×103个·m－3·mm－1;Λ为斜率因子，取Λ=4．1I－0．21，I为雨强(mm/h);D为雨滴直径(mm)。由雨滴谱分布可知，当雨滴在直径［d1，d2］范围内时，可求得单位体积内雨滴的个数为N=∫d2d1n(r)dr．(7)根据文献［7］可知，，雨滴在与斜拉桥碰撞后，在极短时间内速度变为0，这是一个动量变化过程，根
【作者单位】： 沈阳建筑大学土木工程学院;大连理工大学土木工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(51421064)~~
【分类号】：U448.27


本文编号：2517682