山区非均匀风作用下大跨悬索桥的静风稳定分析与研究

发布时间：2017-07-06 17:24

  本文关键词：山区非均匀风作用下大跨悬索桥的静风稳定分析与研究

  更多相关文章： 大跨悬索桥 静风稳定性 非均匀流 有限元分析 非线性

【摘要】：随着西部建设的不断深入,越来越多的大跨桥梁横跨于山区峡谷之中。抗风性能是大跨度桥梁结构的安全指标之一,静风稳定性作为抗风性能的重要组成部分,其研究和分析的价值不言而喻。由于山区峡谷特殊的地形特征,导致风速沿桥跨呈非均匀分布。因此,分析非均匀风作用下大跨桥梁的静风失稳规律和机理,对山区桥梁建设乃至西部交通建设具有重要的意义。本文在综合考虑静风失稳的非线性特征的前提下,利用大型有限元分析软件ANSYS,采用内外双层迭代—增量法,并利用某大跨桥梁所处山区平均风的数值模拟结果,编制了可用于分析非均匀风作用下大跨悬索桥静风稳定性的程序。文中以设计中的某山区大跨悬索桥为作为算例,利用所编制静风失稳非线性分析程序对该桥进行静风失稳全过程分析,揭示静风失稳发生之前桥梁结构随风速变形的规律；其次,本文通过对比,揭示了在均匀流和非均匀流作用下桥梁静风失稳在临界风速、失稳形态等方面的区别;再次,通过非均匀风速分布曲线形态的改变,研究了非均匀风速形态对桥梁静风失稳的影响；最后,通过改变初始风攻角,研究了初始风攻角对山区大跨桥梁静风失稳的影响。研究结果表明,(1)在复杂地形和来流风向角的影响下,沿桥跨分布的横向平均风风速呈放大或缩小效应,因此静风失稳发生的可能性也因此有所改变(2)在非均匀风作用下,静风失稳发生时位移较大的区域逐渐由跨中向主跨两侧偏移。(3)不同形式的风速分布曲线使得局部失稳程度较高的区域发生变化,且改变了静风失稳发生时桥梁所需的平均风速水平。(4)初始风攻角的不同导致在增加风速的整个过程中主梁受到的三分力大小的不同、变形速率的不同,并最终导致静风失稳临界风速的改变以及峰值位移大小的改变。
【关键词】：大跨悬索桥 静风稳定性 非均匀流 有限元分析 非线性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.25
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 悬索桥的历史发展与现状10-12
• 1.2 桥梁风灾害的回顾12-13
• 1.3 大跨度桥梁静风失稳的机理13-14
• 1.4 山区平均风特性14-16
• 1.5 本文的研究意义以及主要研究内容16-18
• 第2章 大跨悬索桥静风失稳三维非线性分析理论18-33
• 2.1 静风失稳的非线性特征18-19
• 2.2 几何非线性的有限元原理19-27
• 2.2.1 应变的度量20-22
• 2.2.2 应力的度量22-24
• 2.2.3 虚位移原理24-25
• 2.2.4 T.L.格式和U.L.格式25-27
• 2.3 非线性方程组的数值解法27-32
• 2.3.1 增量法28-29
• 2.3.2 直接迭代法29-30
• 2.3.3 牛顿法和修正牛顿法30-32
• 2.4 小结32-33
• 第3章 大跨悬索桥三维非线性静风稳定性分析方法33-45
• 3.1 大跨桥梁静风失稳分析方法33-37
• 3.1.1 扭转发散分析法(二维静风失稳模型)33-34
• 3.1.2 增量—迭代法(三维静风失稳模型)34-35
• 3.1.3 内外双层迭代—增量法(三维静风失稳模型)35-36
• 3.1.4 不同分析方法的比较36-37
• 3.2 利用有限元软件分析静风失稳的程序实现37-40
• 3.2.1 程序编制介绍37
• 3.2.2 利用ANSYS进行几何非线性分析应注意的问题37-38
• 3.2.3 大跨度桥梁静风失稳非线性分析计算流程图38-40
• 3.2.4 静风稳定程序算例验证40
• 3.3 山区平均风特性的数值模拟计算40-44
• 3.3.1 计算模型概况40-41
• 3.3.2 分析参数及边界条件的确定41-42
• 3.3.3 计算工况说明及计算结果42-43
• 3.3.4 平均风沿桥跨分布情况43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 山区非均匀流作用下大跨悬索桥静风失稳计算45-76
• 4.1 工程背景简介45-47
• 4.2 ANSYS有限元离散模型及计算参数47-50
• 4.3 均匀流与非均匀流作用下的静风失稳的对比分析50-58
• 4.3.1 最终失稳形态的对比51-53
• 4.3.2 临界风速、最大位移和缆索内力的对比53-58
• 4.4 非均匀流作用下大跨悬索桥静风失稳全过程分析58-64
• 4.4.1 主跨整体变形随风速的变化情况58-60
• 4.4.2 主梁位移和内力随风速的变化60-62
• 4.4.3 主缆和吊杆的应力随风速的变化62-64
• 4.5 风速分布曲线形态对静风失稳的影响64-69
• 4.5.1 工况说明及研究目的64-65
• 4.5.2 计算结果分析65-69
• 4.6 初始风攻角对山区大跨悬索桥静风失稳的影响69-75
• 4.6.1 初始攻角为0°、+1°、+3°时桥梁发生静风失稳的对比分析70-72
• 4.6.2 初始攻角为0°、-1°、-3°时桥梁发生静风失稳的对比分析72-75
• 4.7 本章小结75-76
• 第5章 结论与展望76-78
• 5.1 本文结论76-77
• 5.2 发展展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目82

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本文编号：527162