大跨度桥梁非线性颤振及后颤振强健性研究

发布时间：2021-05-25 21:14

　　理论上,按照现行的颤振设防标准进行设防,大跨桥梁不会发生颤振;然而,随着大跨桥梁进一步长细化,可能在设计上无法达到现行的颤振设防标准,再加上全球气候非平稳的不利演变,大跨桥梁在服役期间存在发生颤振的可能性。因此,开展大跨桥梁后颤振性能研究具有十分重要的意义。本文通过理论分析、数值模拟与有限元计算相结合的方法开展了大跨悬索桥后颤振响应特性与强健性研究。本文的主要内容如下:（1）采用阶跃函数法建立了桥梁断面的时域自激力模型,提出了遗传优化算法实现了阶跃函数参数的快速拟合,并验证了时域自激力模型的精度。提出伪稳态自激力分离法解决了平均风荷载模型与自激力模型之间的时域不相容问题,从而成功地建立了平均风与气弹效应一体化的时域气动力模型。（2）引入多阶段阶跃函数的概念描述了桥梁断面自激力随振幅演变的非线性特性。在时域计算中,任意中间振幅状态下的阶跃函数可通过对相邻两阶段的阶跃函数进行插值得到。插值算法得到的非线性自激力模型不但能够较为准确地描述桥梁断面自激力的发展特性,也避免了不同阶段阶跃函数突然切换所可能引起的非物理瞬态响应。（3）针对江底河大桥进行了全过程的颤振时域分析,得到了桥梁的颤振临界风... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 风荷载及桥梁风振概述
    1.2 大跨悬索桥颤振研究现状
        1.2.1 自激气动力与颤振导数
        1.2.2 颤振失稳机理
        1.2.3 颤振临界问题
        1.2.4 非线性颤振问题
    1.3 研究背景与意义
        1.3.1 研究背景
        1.3.2 研究意义
    1.4 本文研究内容与组织
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 本文的组织
第2章 大跨桥梁颤振分析理论及计算方法
    2.1 颤振分析理论
        2.1.1 古典耦合颤振理论
        2.1.2 分离流颤振理论
        2.1.3 三维有限元颤振理论
    2.2 颤振计算方法
        2.2.1 频域计算方法
        2.2.2 时域计算方法
            2.2.2.1 阶跃函数表达
            2.2.2.2 有理函数表达
    2.3 本章小结
第3章 桥梁时域颤振分析基于ANSYS实现
    3.1 引言
    3.2 阶跃函数拟合
    3.3 自激气动力精度验证
    3.4 自激气动力递推公式
    3.5 时域颤振分析实例
    3.6 本章小结
第4章 多种风效应一体化的气动力时域模型
    4.1 引言
    4.2 桥梁风荷载描述
        4.2.1 平均风荷载
        4.2.2 抖振力荷载
        4.2.3 自激气动力
    4.3 一体化的时域气动力模型
        4.3.1 气动荷载模型组合
        4.3.2 伪稳态自激力分离法
        4.3.3 算例验证
    4.4 本章小结
第5章 大跨悬索桥后颤振非线性效应
    5.1 引言
    5.2 桥梁几何非线性及其实现方法
        5.2.1 几何非线性概述
        5.2.2 单元非线性刚度矩阵
        5.2.3 几何非线性基于ANSYS的实现
    5.3 桥梁材料非线性效应及其实现方法
        5.3.1 材料非线性概述
        5.3.2 塑性理论基本准则
        5.3.3 材料非线性基于ANSYS的实现
    5.4 桥梁气动荷载非线性及其实现方法
        5.4.1 气动力非线性概述
        5.4.2 非线性气动力在ANSYS中的求解方法
    5.5 本章小结
第6章 大跨悬索桥后颤振响应特性研究
    6.1 引言
    6.2 工程概况
        6.2.1 有限元模型与动力特性
        6.2.2 主梁断面气动参数
    6.3 全过程颤振时域分析
        6.3.0 计算参数与工况
        6.3.1 颤振临界风速
        6.3.2 后颤振响应特性
    6.4 不同气动外形对颤振性能的影响
        6.4.1 气动外形
        6.4.2 气动参数
            6.4.2.1 П 型断面
            6.4.2.2 分离式双箱梁断面
            6.4.2.3 H型断面
        6.4.3 不同断面颤振性能比较
            6.4.3.1 颤振临界风速
            6.4.3.2 后颤振LCO特性
    6.5 本章小结
第7章 大跨悬索桥后颤振强健性分析
    7.1 引言
    7.2 疲劳寿命评估
        7.2.1 疲劳基本概念
        7.2.2 疲劳S-N曲线特性
        7.2.3 疲劳寿命评估方法
        7.2.4 疲劳寿命评估过程
    7.3 桥梁LCO状态下的应力状态与薄弱环节
        7.3.1 ANSYS后处理及应力计算
            7.3.1.1 应力计算方法概述
            7.3.1.2 截面点的应力计算
            7.3.1.3 Mises等效应力
        7.3.2 关键部位应力状态
            7.3.2.1 主梁
            7.3.2.2 桥塔
            7.3.2.3 主缆
            7.3.2.4 吊杆及中央扣
        7.3.3 薄弱环节
    7.4 桥梁结构后颤振强健性评估
        7.4.1 疲劳强度验算
        7.4.2 疲劳寿命评估
        7.4.3 疲劳性能随风速演变特性
    7.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)


【参考文献】：
期刊论文
[1]平均风与气弹效应一体化的桥梁非线性后颤振分析[J]. 吴长青,张志田.  振动工程学报. 2018(03)
[2]考虑几何非线性的桥梁后颤振极限环特性[J]. 吴长青,张志田,张伟峰.  湖南大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]结合S-N曲线和断裂力学的焊接结构疲劳寿命分析[J]. 魏国前,岳旭东,党章,何毅斌.  焊接学报. 2017(02)
[4]基于S-N曲线的钢桥疲劳寿命研究[J]. 姜天华,杨云锋,艾丽.  公路工程. 2017(01)
[5]双边肋桥梁断面软颤振非线性自激力模型[J]. 朱乐东,高广中.  振动与冲击. 2016(21)
[6]悬索桥的静风扭转发散有限元精细化分析[J]. 吴长青,张志田.  湖南大学学报(自然科学版). 2016(09)
[7]桥梁气动力CFD模拟中湍流模型的应用现状[J]. 张志田,张显雄,陈政清.  工程力学. 2016(06)
[8]悬索桥静风扭转发散的影响因素研究[J]. 吴长青,张志田,陈政清.  湖南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[9]基于经典Von Mises应力的多轴等效应力修正方法研究[J]. 白春玉,齐丕骞,牟让科,曹明红.  振动与冲击. 2015(23)
[10]桥梁断面气动导纳的数值识别方法研究[J]. 唐煜,郑史雄,张龙奇,马存明,谷红强.  空气动力学学报. 2015(05)

博士论文
[1]公路钢桥疲劳性能及可靠性研究[D]. 李莹.哈尔滨工业大学 2008
[2]桥梁结构复气动导纳函数与抖振精细化研究[D]. 韩艳.湖南大学 2008
[3]大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发[D]. 唐茂林.西南交通大学 2003

硕士论文
[1]桥梁主梁“软”颤振及其非线性自激气动力参数识别[D]. 张朝贵.同济大学 2007



本文编号：3206019