本文關(guān)鍵詞：大跨橋梁在湍流風(fēng)作用下的非線性振動研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代各類技術(shù)的更新和提高,橋梁結(jié)構(gòu)越來越向大跨徑的方向發(fā)展。千米級的主跨跨徑已經(jīng)開始出現(xiàn)在世界各地的斜拉橋和懸索橋中,如主跨跨徑1088m的蘇通大橋、1018 m的昂船洲大橋、1104 m的俄羅斯島大橋等。以往學(xué)者在研究大跨橋梁的風(fēng)振響應(yīng)尤其是橋梁顫振時,大多只取主梁結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗?zāi)M,并且在試驗時都將風(fēng)簡化為平均風(fēng)。然而由于橋梁主跨大跨徑的幾何非線性和風(fēng)荷載中湍流成分的參數(shù)非線性等因素,會引起大跨橋梁的高度非線性行為,這些非線性行為將在主跨結(jié)構(gòu)振動過程中引起某些平均風(fēng)下的節(jié)段模型試驗所不能展現(xiàn)的運動狀態(tài)。因此,本文將研究對象從傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)段模型試驗引申到整個橋梁主跨結(jié)構(gòu),結(jié)合一些成熟的理論基礎(chǔ),研究大跨橋梁在湍流風(fēng)作用下顫振臨界狀態(tài)及其影響因素和結(jié)構(gòu)的非線性振動行為,從而能為解決實際工程中大跨橋梁結(jié)構(gòu)顫振臨界風(fēng)速設(shè)計和振動控制提供一定的思路和建議。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:將大跨橋梁主跨原型簡化成三維矩形板結(jié)構(gòu),以Von Karman板大變形理論、細(xì)長體理論和低速空氣動力學(xué)理論為理論基礎(chǔ),運用哈密爾頓原理和Lighthill氣動力模型建立大跨橋梁主跨結(jié)構(gòu)的三維運動微分方程;將得到的微分方程進(jìn)行無量綱化,再用Galerkin方法對無量綱化的方程進(jìn)行離散得到結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程。以動力學(xué)方程為基礎(chǔ),研究模態(tài)函數(shù)、初始條件、結(jié)構(gòu)阻尼等參數(shù)對結(jié)構(gòu)顫振幅值的敏感性。在湍流風(fēng)頻率與橋梁主跨基頻和二階頻率在1:1:2比例下,對橋梁主跨三維運動微分方程采用多尺度方法攝動分析,得到結(jié)構(gòu)運動的平均方程�；诖朔匠�,以精確的數(shù)值模擬為基礎(chǔ),運用龐加萊截面圖、分岔圖、相軌跡圖等工具研究主跨結(jié)構(gòu)運動狀態(tài)和非線性響應(yīng)行為,如周期、分岔與混沌運動等。通過對大跨橋梁動力學(xué)方程的簡化以及Galerkin離散,得到求解主跨結(jié)構(gòu)顫振臨界風(fēng)速的簡化方程。以此方程為基礎(chǔ),得到求解橋梁主跨顫振臨界風(fēng)速的方法(L-V法),將以該方法得到的顫振臨界風(fēng)速與以往各學(xué)者做過的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗得到的結(jié)果進(jìn)行對比,驗證其可行性。在此基礎(chǔ)上,分析橋梁的寬跨比、厚跨比,入流風(fēng)的斜風(fēng)角、湍流成分等因素對大跨橋梁顫振臨界風(fēng)速的影響。
【關(guān)鍵詞】：大跨橋梁 非線性振動 顫振臨界風(fēng)速 湍流風(fēng) Lighthill氣動力模型
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及分析10-14
• 1.2.1 Lighthill模型的研究現(xiàn)狀及分析10-11
• 1.2.2 流體誘發(fā)振動、氣動力和板顫振的研究現(xiàn)狀及分析11-12
• 1.2.3 外界環(huán)境激勵對結(jié)構(gòu)振動影響的研究現(xiàn)狀及分析12-14
• 1.3 結(jié)構(gòu)非線性振動的研究方法及研究進(jìn)展14-17
• 1.3.1 研究方法及相關(guān)概念14-15
• 1.3.2 分岔與混沌15-16
• 1.3.3 研究進(jìn)展16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及研究方案17-19
• 1.4.1 研究內(nèi)容17-18
• 1.4.2 研究方案18-19
• 第2章 湍流風(fēng)作用下橋梁三維氣動力模型研究19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 大跨橋梁的振動模型19-24
• 2.2.1 基本假定及理論依據(jù)19-20
• 2.2.2 三維氣動力模型的建立20-24
• 2.3 L-V方程的無量綱化24-25
• 2.4 L-V方程的Galerkin離散25-35
• 2.4.1 求模態(tài)函數(shù)25-27
• 2.4.2 求Lagrange方程27-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 大跨橋梁的非線性響應(yīng)分析36-62
• 3.1 引言36
• 3.2 參數(shù)對結(jié)構(gòu)顫振幅值影響的敏感性分析36-40
• 3.2.1 模態(tài)函數(shù)的截斷誤差36-38
• 3.2.2 阻尼38-39
• 3.2.3 初始條件39-40
• 3.3 大跨橋梁在湍流風(fēng)作用下 1:2 內(nèi)共振分析40-48
• 3.3.1 方程的Galerkin離散40-44
• 3.3.2 多尺度法攝動分析44-48
• 3.4 混沌動力學(xué)分析48-60
• 3.4.1 分岔圖分析49-53
• 3.4.2 相位圖與龐加萊映射分析53-60
• 3.5 本章小結(jié)60-62
• 第4章 大跨橋梁顫振臨界風(fēng)速的求解與分析62-84
• 4.1 引言62
• 4.2 顫振臨界風(fēng)速的L-V簡化計算62-72
• 4.2.1 簡化分析方法62-68
• 4.2.2 顫振臨界風(fēng)速的求解68-70
• 4.2.3 基于L-V簡化計算方法的塔科馬大橋事故分析70-72
• 4.3 顫振臨界風(fēng)速參數(shù)分析72-77
• 4.3.1 寬跨比的影響72-74
• 4.3.2 厚跨比的影響74-75
• 4.3.3 斜風(fēng)角的影響75-77
• 4.4 考慮湍流風(fēng)的顫振臨界風(fēng)速研究77-82
• 4.4.1 數(shù)值算例分析77-79
• 4.4.2 湍流幅值的影響79-81
• 4.4.3 湍流頻率的影響81-82
• 4.5 本章小結(jié)82-84
• 結(jié)論84-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 附錄92-105
• 致謝105

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本文編號：1073770