碳纤维索斜拉桥气动效应分析

发布时间：2020-10-21 01:00

　　 随着碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP)在工程领域的应用研究不断取得进展,将CFRP作为拉索材料应用于斜拉桥中已成为桥梁工程新的发展方向。对比传统钢索,CFRP拉索承载效率更高,耐腐蚀性强,能够突破斜拉桥向轻型、大跨度发展的局限性。但CFRP自重远低于钢材,应用于工程实际中将导致桥梁结构整体刚度有所下降,其对风荷载作用的敏感程度尚未可知。本文以广东省肇庆市阅江大桥为工程背景,通过轴向等强代换原则,以新型材料CFRP作为拉索结构材料代替钢材,从两类拉索斜拉桥颤振稳定性、静风非线性稳定性以及两类拉索的风致振动响应三个方面进行了全面的对比,探究碳纤维索斜拉桥的抗风性能,具体工作及相关结论如下:(1)通过有限元软件ANSYS分别建立两类拉索的全桥模型,计算两类斜拉桥的动力特性进而求解其颤振临界风速,结果表明CFRP索斜拉桥前十五阶振动频率有所下降,而两类斜拉桥颤振临界风速相差不大;(2)通过FLUENT软件求解主梁在不同风攻角下的静三分力系数,基于桥梁非线性空气静风稳定研究理论,引入静三分力系数及荷载的非线性变化影响,采用ANSYS编程语言编制桥梁非线性静风失稳临界风速优化求解程序;(3)采用上述程序对两类斜拉桥静风失稳临界风速进行求解,结果表明碳纤维索斜拉桥与钢索斜拉桥静风非线性变形特征一致,并未出现大幅度变形或陡然发散现象,临界风速较为接近;(4)选择Kaimal水平风谱作为脉动风谱密度函数,基于线性相位滤波器法中的AR数学模型,运用MATLAB软件编制相关程序对拉索周围风场水平脉动风速时程进行数值仿真,并根据模拟结果拟合湍流强度公式,并依次求解流场各湍流参数作为后续风场模拟的初始条件;(5)运用CFD数值方法对两类拉索在两类工况中风致振动进行数值模拟,模拟结果表明两类拉索流场分布接近一致,但CFRP索上下两侧面的负压更大,风致振动表现中CFRP索振动频率较钢索更高,而振幅有所降低。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U441.3;U448.27
【部分图文】：

俄罗斯岛大桥

图 1.2 江苏大学 CFRP 拉索斜拉桥总体布置CFRP 材料在国内外桥梁设计领域一经出现便受到了广大工程师的青睐，但作为拉索材料应用于斜拉桥却始终处于理论研究以及试验阶段。除去本身造价昂贵，制作工艺复杂之外，其本质原因在于大跨度缆索桥梁对风荷载的敏感性

斜拉桥主桥立面图
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本文编号：2849403