钢—混凝土组合梁悬索桥静风响应研究

发布时间：2017-09-26 06:43

  本文关键词：钢—混凝土组合梁悬索桥静风响应研究

  更多相关文章： 大跨度悬索桥 钢-混凝土组合梁 静力三分力系数 数值模拟 静风响应 临界风速 非线性方法

【摘要】：近几年来,随着经济的不断发展,各国之间的交流日益频繁,越来越多的跨海大桥亟待建造,由于悬索桥具有跨径大的优点,自然也就成为了许多跨海工程的首选桥型,随着悬索桥的跨径越来越大,其静风稳定性问题就变得愈发突出,而且根据国内外风洞试验结果,大跨度悬索桥的静风失稳临界风速有可能小于动风失稳临界风速。目前,大跨度悬索桥的加劲梁一般采用扁平钢箱梁,很少采用钢-混凝土组合梁,钢-混凝土组合梁的整体刚度较扁平钢箱梁更大,可能拥有更好的静风稳定性,所以有必要对钢-混凝土组合梁悬索桥静风响应进行研究。本文首先采用ANSYS中的FLUENT模块计算三分力系数,然后综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性,基于大型有限元通用软件ANSYS的APDL语言,采用风荷载增量与内外双重迭代相结合的方法,编写了相应的分析程序,用于跟踪钢-混凝土组合梁悬索桥静风响应的全过程,并通过实例验证了程序的准确性和稳定性；接着以马普托大桥为工程背景,利用所编写的程序对该桥的静风失稳全过程进行了分析,揭示了其静风失稳的特征;然后对于不同初始风攻角、静力三分力系数、主缆与吊杆上的静风荷载、非线性因素及不同跨径对该桥静风响应的影响进行了计算分析,探究了钢-混凝土组合梁悬索桥的静风失稳机理；最后对比分析了加劲梁分别为钢-混凝土组合梁和扁平钢箱梁时悬索桥的静风响应。研究表明：在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的情况下,能够比较精确地分析钢-混凝土组合梁悬索桥的静风响应,静风荷载与桥梁结构的相互作用导致了钢-混凝土组合梁悬索桥的静风失稳,加劲梁截面的静力三分力系数与悬索桥的静风失稳模式有着密切关系；加劲梁为钢-混凝土组合梁时的静风失稳临界风速高于扁平钢箱梁,对未来钢-混凝土组合梁在大跨度悬索桥中的应用具有重要的实际意义。
【关键词】：大跨度悬索桥 钢-混凝土组合梁 静力三分力系数 数值模拟 静风响应 临界风速 非线性方法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.25
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 概述11-13
• 1.2 静风失稳理论发展历程13-16
• 1.3 CFD在桥梁工程中的应用16-19
• 1.4 钢-混凝土组合梁悬索桥静风响应研究意义19-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-23
• 2 大跨度悬索桥的静风失稳理论23-41
• 2.1 概述23
• 2.2 静风荷载描述与特点23-25
• 2.3 悬索桥静风失稳的线性理论25-30
• 2.3.1 侧倾失稳26
• 2.3.2 扭转发散26-30
• 2.4 悬索桥静风失稳的非线性理论30-34
• 2.4.1 结构几何与材料非线性32-33
• 2.4.2 静风荷载非线性33-34
• 2.5 两种静风失稳理论的差异34-35
• 2.6 悬索桥静风失稳临界风速的求解方法35-39
• 2.6.1 静风失稳非线性平衡方程的计算方法35-36
• 2.6.2 基于ANSYS计算悬索桥静风响应过程36-38
• 2.6.3 ANSYS实现计算静风失稳临界风速的关键点38-39
• 2.7 本章小结39-41
• 3 大跨度悬索桥静风失稳计算程序验证41-53
• 3.1 南京长江第四大桥简介41-42
• 3.2 三分力系数的数值模拟42-49
• 3.2.1 选择计算区域42-43
• 3.2.2 划分网格43
• 3.2.3 选择湍流模型43-44
• 3.2.4 数值模拟结果44-49
• 3.3 桥梁的有限元模型及计算参数49-50
• 3.4 静风失稳计算程序稳定性的验证50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 钢-混凝土组合梁悬索桥静风响应分析53-97
• 4.1 马普托大桥简介53-54
• 4.2 三分力系数的数值模拟54-56
• 4.3 桥梁有限元模型及计算参数56-57
• 4.4 钢-混凝土组合梁悬索桥的静风失稳全过程分析57-68
• 4.4.1 加劲梁变形随风速变化的全过程58-62
• 4.4.2 主缆和吊杆应力随风速变化的全过程62-65
• 4.4.3 静风荷载随风速变化的全过程65-67
• 4.4.4 静风失稳全过程的特点与描述67-68
• 4.5 钢-混凝土组合梁悬索桥静风响应影响因素分析68-90
• 4.5.1 初始风攻角的影响68-74
• 4.5.2 静力三分力系数的影响74-81
• 4.5.3 主缆和吊杆上静风荷载的影响81-85
• 4.5.4 非线性因素的影响85-86
• 4.5.5 不同跨径的影响86-90
• 4.6 钢-混凝土组合梁悬索桥的静风失稳机理90-91
• 4.7 不同加劲梁截面的悬索桥静风响应研究91-95
• 4.8 本章小结95-97
• 5 结论与展望97-101
• 5.1 结论97-98
• 5.2 展望98-101
• 参考文献101-105
• 作者简历105-109
• 学位论文数据集109

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本文编号：922052