单索面矮塔斜拉桥的动力特性分析与静风性能研究

发布时间：2020-10-31 15:20

　　 近年来,我国矮塔斜拉桥的建造势头发展迅猛,但一直缺乏专门的设计规范,许多关键技术问题亟待解决。北港岛和宁大桥是一座单索面矮塔斜拉桥,跨径布置为80+138+80m,箱型主梁宽26m,桥位处于静海环境,常年受台风等恶劣天气的影响,其抗风问题必须进行专门研究。本文采用数值计算与风洞试验相结合的手段,研究了和宁大桥成桥态和施工态(最大双悬臂状态)的动力特性和静风性能,主要得到了如下结论:1.和宁大桥桥址处基本风速为38.4 m/s,成桥状态设计基准风速为44.1 m/s,施工阶段设计基准风速为31.1 m/s,成桥状态静阵风风速取为46.6 m/s,施工阶段静阵风风速取为40.7 m/s。2.采用离散有限元法在大型通用分析软件ANSYS中建立了和宁大桥的成桥态和最大双悬臂状态的有限元模型。结果表明,和宁大桥成桥状态的一阶竖弯频率为0.570Hz,一阶扭转频率为3.139Hz;最大双悬臂施工状态一阶竖弯频率为0.309Hz,一阶扭转频率为3.202Hz。3.采用计算流体力学分析软件ANSYS FLUENT计算了变截面主梁9个关键断面以及桥塔5个关键断面在不同风攻角来流作用下的施工态与成桥态静力三分力系数。为验证数值计算的准确性,制作了主梁墩顶、跨中及桥塔中部断面的节段模型,并在风洞试验中采用高分量动态天平测量得到了其在不同风攻角下的静力三分力系数。经对比,本文CFD数值计算的结果满足精度需要。4.基于静力三分力的计算结果,采用阵风荷载理论对该桥的成桥状态、施工状态分别进行了等效静风荷载的作用分析。其中成桥状态进行了横桥向风和顺桥向风荷载的计算,施工状态分别进行了横桥向风荷载对称加载和不对称加载的计算分析,给出了上述各个工况下桥梁典型位置断面处的位移及内力分布,可供该桥设计的荷载组合提供参考。5.考虑几何非线性、荷载非线性计算得到的和宁大桥静风失稳临界风速为157m/s,远远高于其设计基准风速,说明和宁大桥的成桥状态静风稳定性满足要求。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.27;U441
【部分图文】：

激特性主要表现在可以从平均风场中汲取能量。涡激振动容易刚度和舒适性等问题。当桥梁的主要部件如（梁和桥塔、主缆经过时，往往会出现气流分流的现象，并且在尾流中形成有序结构表面脱离出去。漩涡的不断脱落也会使结构表面发生压力情况下，漩涡脱落从结构表面脱离的频率基本与结构的自振频梁就会发生共振现象——这就是所谓的涡激振动。使涡振发生说不会太大，桥梁结构在较低的风速条件下就有可能发生涡振振这类发散振动一样导致桥梁毁坏，但会对结构的疲劳振动产可能影响桥梁的刚度，最终影响其使用性能和耐久性能。[2]是一种随机的振动，是因为大气中的脉动成分使桥梁产生的这种振幅受到限制的振动与振幅不受限制的发散振动（如颤振桥梁的彻底破坏，但在建设期间施工人员操作和机械装置的过和路人走进一座桥梁和车辆交通，会让他们产生不舒服的感觉筑和交通。上述四种桥梁风致振动的特点，可以得到图 1.2 与图 1.3 的关系

振这类发散振动一样导致桥梁毁坏，但会对结构的疲劳振动产可能影响桥梁的刚度，最终影响其使用性能和耐久性能。[2]是一种随机的振动，是因为大气中的脉动成分使桥梁产生的这种振幅受到限制的振动与振幅不受限制的发散振动（如颤振桥梁的彻底破坏，但在建设期间施工人员操作和机械装置的过和路人走进一座桥梁和车辆交通，会让他们产生不舒服的感觉筑和交通。上述四种桥梁风致振动的特点，可以得到图 1.2 与图 1.3 的关系图 0.1 风致振动振幅（A）与来流风速（V）的关系曲线示意图2 Schematic diagram of the relationship between wind-induced vibration amincoming wind speed

图 0.3 桥梁风振性能控制原则re 1.4 Bridge Wind-induced Performance Control Prin图 0.4 桥梁主要风振控制措施Figure 1.5 Bridge Wind Vibration Control Measures
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本文编号：2864123