大跨度悬索桥主梁断面静风性能优化研究

发布时间：2020-09-29 19:25

　　近年来,国内悬索桥的建设如火如荼,跨度越来越大,结构越来越轻柔,存在静风失稳的风险。本文基于主跨786m、主梁宽高比10.4的悬索桥进行了静风力系数和静风稳定性的方案对比研究,以期对大跨度悬索桥的静风稳定性能有较全面的认识,并为类似桥梁的静风性能优化提供依据。主要进行的工作及得到的结论有:(1)基于实测气象资料计算了本桥桥面高度处的设计基准风速,成桥状态为43.82m/s,施工阶段的设计基准风速为40.31m/s。然后,在大型有限元分析软件ANSYS进行桥梁动力特性分析,得到主桥基频0.096Hz,一阶振型为主梁纵漂+反对称竖弯,竖向基频0.1733Hz,扭转基频0.3914Hz。(2)进行了初步设计方案成桥态的风洞节段模型测力试验,将其结果作为本文数值模拟精度验证的基准。在此基础上,采用CFD手段研究人行栏杆位置、斜腹板倾角、梁底导流板对本桥主梁静风系数的影响。研究表明,主梁阻力、升力及力矩系数(C_D、C_L、C_M)受上述影响的程度与来流风攻角密切相关,其中C_D、C_L变化较大,而C_M变化较小。(3)在ANSYS中进行了主桥非线性静风失稳的全过程分析。发现主桥跨中节点的扭转、横向及竖向位移随加载风速的变化均呈非线性增加趋势,说明本桥的静风位移过程是扭转、侧弯及竖弯变形的耦合结果。当加载风速达到各工况的临界失稳风速时,位移曲线的斜率突然增大。(4)对比了初始风攻角分别为0°,±6°时的主桥静风稳定性,发现初始风攻角对该桥静风稳定性有显著影响。与0°初始风攻角相比,正值初始风攻角下的静风失稳风速低(稳定性差),负值初始风攻角下的失稳风速高(稳定性较好)。(5)在上述研究的基础上,进行了主梁静风稳定性的优化研究。结果表明,动人行栏杆位置和改变斜腹板倾角对于本桥在不同初始风攻角下的静风稳定性的影响是不确定的。增设梁底折式导流板后,三种不同初始风攻角下的静风失稳风速均较初步设计方案提高,其中较宽的导流板提升程度更大。因此,本文最终确定的优化方案为:梁底安装折角15°,宽度2cm(1:50模型尺寸)的折式导流板。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U448.25
【部分图文】：

悬索桥,有限元模型,静风荷载

2( ) 0.5 ( )g MM U C H方法相比，这种方法具有一些显著特征：(a)风速载的影响，桥梁的整体结构会在一定程度上发生变发生变化，三分力系数也会出现些许改变，综合影同程度的改变，这在一定程度上表明静风荷载对桥；(b)风载参数逐渐改变时，静风荷载也会随之发生了一种非线性变化规律。计算中，桥梁的主要自振振型可以得到确定，与此同时梁的相应频率，以这些数据为基础，便可以为节段主要是为其试验的进行提供一定的数据支持。然后并通过该程序得到该桥梁结构对应的动力特性，采有限元法），以具体状况为基础，对桥梁结构进行下面的图 3-3 所示。

标准断面,主梁,单位,工程硕士学位

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 3 章桥梁外形对于主梁静风力系数的影响3.1 工程背景本文以某主跨 768m 的悬索桥为工程背景，该桥跨径布置为210m+768m+210m。桥面设计标高为 267.8m，桥位场地地表类别为 B 类。主梁标准断面如下面的图 3-1 所示，整个桥梁的立面布置状况如下面的图 3-2 所示。

立面,单位,节段模型,测力天平

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