大跨度钢桁架拱桥风致振动试验与仿真研究

发布时间：2017-06-15 04:03

  本文关键词：大跨度钢桁架拱桥风致振动试验与仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢桁架拱桥具有受力合理、结构轻巧、施工快捷和便于节段拼装的特点,在我国西南部山区桥梁建设和沿海地区跨江桥梁建设中担任着重要角色。由于跨谷跨江的需要,钢桁架拱桥的跨度一般在300m以上。跨度的提升将导致拱桥整体刚度降低,加之钢拱桥阻尼较小,使得结构对风的敏感性大大增加,风致振动对结构施工阶段和成桥运营阶段的影响变得重要,尤其在对刚度较低的大悬臂施工阶段。而现行的《公路桥梁抗风规范》条文中,没有给出钢桁架拱桥抗风问题的相关细则,不便于钢桁架拱桥的抗风设计。钢桁架拱桥刚度大,其颤振和涡激共振通长不控制设计,但由于桁架构件多,尤其是施工阶段结构整体性较差,其静风荷载及随机抖振响应问题突出。本论文以沿海地区广州市南沙区明珠湾大桥为研究对象,基于节段模型风洞试验及理论分析手段对大桥的成桥阶段和施工阶段的静风响应及随机抖振风荷载进行了研究。本文主要工作与取得的成果如下:首先,回顾了国内外拱桥的发展历史,简要地介绍了研究拱桥抗风的理论与方法,以及几种常见的风致振动的基本理论知识,对前人在大跨度拱桥的抗风研究进行了总结,提出本文研究的主要内容和研究方法。其次,本文介绍了大跨度钢桁架拱桥的动力特性分析的有限元理论及计算方法,并利用空间系杆结构的有限元模型对明珠湾大桥的结构动力特性进行了分析,得到了成桥状态和施工状态下的基本振型和频率。再次,对明珠湾大桥的主梁和拱肋进行了节段模型风洞试验,测出了相应的静力三分力系数,并进行了静风响应分析。基于谐波合成法,并考虑风速谱随高度变化的特点,利用MATLAB编制了实用的模拟程序,对明珠湾大桥桥位处的三维脉动风场进行了模拟。介绍了抖振的基本理论知识和基于时域分析的抖振响应理论,并利用Scanlan的准定常气动力公式计算了抖振力,对明珠湾大桥进行了抖振响应分析。将静风响应考虑进去,得到了该桥在风荷载作用下的总响应。最后,对大跨度钢桁架拱桥的典型杆件进行了涡激共振仿真分析,考虑流固耦合的作用,将振动方程的数值计算方法编制的UDF嵌入FLUENT软件中,预测了典型杆件可能发生涡振的风速,并绘制出了相应的风速涡振锁定区间图表。
【关键词】：大跨度钢桁架拱桥 静风响应分析 抖振响应分析 脉动风场 CFD模拟
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U448.22
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-24
• 1.1 研究背景15-18
• 1.2 拱桥抗风研究发展18-19
• 1.2.1 拱桥抗风的研究内容18
• 1.2.2 拱桥抗风的研究方法18-19
• 1.3 拱桥的风致问题19-22
• 1.4 国内外拱桥研究现状22-23
• 1.5 本文研究内容23-24
• 第2章 大跨度钢桁架拱桥动力特性分析24-34
• 2.1 引言24
• 2.2 拱桥动力特性分析的解析方法24-27
• 2.2.1 竖向弯曲自由振动解析解24-25
• 2.2.2 侧向弯曲和扭转振动解析解25-27
• 2.3 拱桥动力特性分析的有限元方法27-28
• 2.3.1 动力平衡方程27
• 2.3.2 特征方程求解27-28
• 2.4 成桥状态动力特性28-30
• 2.5 施工状态动力特性30-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 大跨度钢桁架桥的静风响应分析34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 主梁静力三分力系数34-40
• 3.2.1 节段模型风洞试验34-38
• 3.2.2 三分力系数拟合曲线38-40
• 3.3 拱肋静力三分力系数40-44
• 3.3.1 节段模型风洞试验41-43
• 3.3.2 静力三分力系数曲线绘图43-44
• 3.4 静风荷载响应分析44-49
• 3.4.1 桁架的遮挡效应44
• 3.4.2 静风加载模型44-45
• 3.4.3 成桥状态的静风响应45-47
• 3.4.4 施工状态的静风响应47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 大跨度钢桁架拱桥抖振响应分析50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 三维脉动风场模拟50-56
• 4.2.1 脉动风速特征50-52
• 4.2.2 风场的简化52-53
• 4.2.3 谐波合成法53-56
• 4.3 风场模拟的工程算例56-64
• 4.3.1 桥址处风特性57
• 4.3.2 脉动风谱和相关函数57-58
• 4.3.3 主梁和拱肋脉动风模拟58-59
• 4.3.4 脉动风场检验59-64
• 4.4 桥梁抖振的时域分析64-70
• 4.4.1 抖振力荷载处理64-66
• 4.4.2 成桥状态抖振响应分析66-68
• 4.4.3 施工状态抖振响应分析68-69
• 4.4.4 风致振动总响应分析69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第5章 大跨度钢桁架拱桥典型杆件涡振仿真研究72-80
• 5.1 引言72
• 5.2 典型腹杆动力特性分析72-73
• 5.3 流体运动基本方程和控制方法73-76
• 5.3.1 流体控制方程73-74
• 5.3.2 杆件振动方程及数值计算方法74-75
• 5.3.3 流固耦合的求解过程75
• 5.3.4 计算模型75-76
• 5.4 湍流动态绕流仿真76-79
• 5.4.1 静止绕流数值模拟76-77
• 5.4.2 涡激振动仿真结果77-79
• 5.5 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文)87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 潘炳甫;;斜杆式钢筋混凝土桁架拱桥的分析[J];农田水利与小水电;1983年04期

2 吴志棉;浅谈钢筋混凝土桁架拱桥施工[J];中国建设信息;2003年02期

3 苏彦鸿,丁仕煌,钟辉虹;大跨钢筋混凝土桁架拱桥拆除施工技术[J];建筑技术;2005年06期

4 施曙东;大跨度钢桁架拱桥技术分析[J];交通科技;2005年03期

5 仇垲,胡小告;桁架拱桥检测与分析[J];工程建设与档案;2005年04期

6 马宁;宋建嫱;王晓伟;;预制钢筋混凝土桁架拱桥的设计与施工[J];北方交通;2006年03期

7 李承文;王振领;;桁架拱桥的安全评估[J];四川建筑;2006年04期

8 邓杨芳;周水兴;刘邵平;;三肋钢桁架拱桥分片安装的索力计算[J];市政技术;2009年01期

9 雷霄雯;杨刚;史金星;李晓莉;;钢桁架拱桥的结构优化分析[J];大连海事大学学报;2009年03期

10 廖学燕;沈兆武;曾赞文;马宏昊;蒋耀港;;桁架拱桥控制爆破拆除[J];工程爆破;2010年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 艾国志;;海儿洼预应力混凝土组合桁架拱桥介绍[A];第二届全国公路科技创新高层论坛论文集（上卷）[C];2004年

2 项贻强;;钢筋混凝土桁架拱桥二种计算图式的分析比较[A];第六届全国结构工程学术会议论文集（第一卷）[C];1997年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 记者 朱海斌;煤窑沟大桥试通车[N];吐鲁番日报(汉);2010年

2 张新民;国泰桥上午合龙[N];天津日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 严建科;结构缺陷和损伤对桁架拱桥极限承载力的影响研究[D];长安大学;2010年

2 王承启;大跨度钢桁架拱桥风振研究[D];重庆大学;2011年

3 孙海涛;大跨度钢桁架拱桥关键问题研究[D];同济大学;2007年

4 蔡禄荣;大跨度钢桁架拱桥预拱度设置及拼装误差理论研究[D];华南理工大学;2012年

5 刘智芳;台风区大跨度钢桁架拱桥施工控制关键技术研究[D];华南理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王子哲;大跨度钢桁架拱桥基于稳定性的风撑设计研究[D];西南交通大学;2016年

2 陈莎莎;基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究[D];西南交通大学;2016年

3 罗天;大跨度城市钢桁架拱桥静动力计算和详细应力计算[D];西南交通大学;2015年

4 王军泽;大跨度钢桁架拱桥风致振动试验与仿真研究[D];湖南大学;2016年

5 陈莹;门头沟水闸旧桥保护性修缮及维修加固[D];北京工业大学;2016年

6 雷霄雯;钢桁架拱桥的结构优化分析[D];大连海事大学;2008年

7 颜毅;大跨度钢桁架拱桥受力特性分析[D];重庆交通大学;2008年

8 李芮;大跨径钢桁架拱桥服役状态监测方案研究[D];重庆交通大学;2010年

9 王兴蕊;钢桁架拱桥稳定性与极限承载力研究[D];大连海事大学;2011年

10 张著名;大跨度钢桁架拱桥局部杆件稳定问题研究[D];湖南大学;2007年

  本文关键词：大跨度钢桁架拱桥风致振动试验与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：451359