本文關(guān)鍵詞：大跨斜拉橋風(fēng)荷載模擬及施工階段抖振響應(yīng)分析

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【摘要】：隨著交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展,大跨度橋梁建設(shè)也進入了發(fā)展的黃金時期。然而橋梁跨度的增大,使得結(jié)構(gòu)變得更柔,橋梁結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載的敏感性也隨之增加。因此,大跨度橋梁風(fēng)致振動問題,成為了橋梁抗風(fēng)研究亟需攻克的難題。目前,橋梁抗風(fēng)研究內(nèi)容主要是橋梁風(fēng)致振動研究和引起橋梁風(fēng)振的風(fēng)荷載研究,本文依托鰲江四橋工程,分別對該橋主梁斷面三分力系數(shù)和橋梁周圍脈動風(fēng)場進行了模擬,并對該橋進行施工階段的抖振分析。主要工作和結(jié)論如下:(1)依據(jù)鰲江四橋斷面計算參數(shù),對橋梁斷面進行三分力系數(shù)的數(shù)值模擬,把計算得出的阻力系數(shù)與《公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范》JTG/T D60-01—2004規(guī)定值進行對比,結(jié)果表明規(guī)范偏于保守;(2)為了研究氣動措施和附屬設(shè)施對主梁斷面三分力系數(shù)的影響,設(shè)計了風(fēng)嘴角度、中央開槽和增設(shè)附屬設(shè)施三種形式的斷面,采用CFD方法實現(xiàn)對三分力系數(shù)的數(shù)值模擬,結(jié)果表明:設(shè)置風(fēng)嘴角降低了主梁斷面的阻力系數(shù),升力系數(shù)和升力矩系數(shù)變化斜率增大;阻力系數(shù)隨著開槽率的增加而增大,其變化趨勢變緩,從而降低了三分力系數(shù)對風(fēng)攻角的敏感性;增加附屬設(shè)施后,阻力系數(shù)明顯減小,升力系數(shù)變化斜率增大,升力矩系數(shù)變化斜率則減小;通過觀察主梁斷面周圍流場分布狀況發(fā)現(xiàn),主梁底部產(chǎn)生了較大的高風(fēng)速區(qū),因此,需要增加導(dǎo)流措施,以避免橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。(3)為了研究模擬參數(shù)的合理性,對截斷頻率進行討論。其中,截斷頻率取值愈大,風(fēng)速譜包含的能量值愈多,模擬精度也就越好;截斷頻率的取值對空間高度敏感性較強,高度越低,截斷頻率取值越大;采用諧波疊加法模擬了大跨斜拉橋的隨機風(fēng)場,并把模擬得到的功率譜與目標功率譜進行對比,結(jié)果顯示兩者吻合較好,從而驗證了模擬結(jié)果的合理性。(4)借助ANSYS軟件建立鰲江四橋的三維有限元模型,并對其施工階段進行抖振分析,結(jié)果表明:在塔梁結(jié)合處受到的內(nèi)力作用最大;抖振響應(yīng)對橋梁產(chǎn)生的作用與靜風(fēng)響應(yīng)接近;自激力對抖振響應(yīng)的影響較大,在進行抗風(fēng)設(shè)計時忽略自激力作用得到的抖振響應(yīng)結(jié)果偏于保守。
【關(guān)鍵詞】：CFD 三分力系數(shù) 脈動風(fēng) 抖振響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441.3;U448.27
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 橋梁抗風(fēng)理論的發(fā)展10-12
• 1.3 CFD在橋梁工程中的應(yīng)用12-13
• 1.4 風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)的作用13-14
• 1.4.1 風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力作用13-14
• 1.4.2 風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)的動力作用14
• 1.5 本文研究內(nèi)容14-17
• 第2章 大跨斜拉橋三分力系數(shù)的數(shù)值模擬研究17-39
• 2.1 流體力學(xué)控制方程17-18
• 2.2 控制方程的離散化18-20
• 2.2.1 離散方法18-19
• 2.2.2 離散格式19-20
• 2.3 湍流模型20-22
• 2.3.1 單方程（Spalart-Allmaras）模型20-21
• 2.3.2 標準k-ε 模型21
• 2.3.3 RNG k-ε 模型21-22
• 2.4 鰲江四橋主梁斷面三分力系數(shù)的數(shù)值模擬研究22-26
• 2.4.1 三分力系數(shù)定義22
• 2.4.2 鰲江四橋主梁斷面三分力系數(shù)模擬22-24
• 2.4.3 模擬結(jié)果分析24-26
• 2.5 氣動措施對三分力系數(shù)的影響26-34
• 2.5.1 風(fēng)嘴對三分力系數(shù)的影響26-30
• 2.5.2 中央開槽對三分力系數(shù)的影響30-34
• 2.6 附屬設(shè)施對三分力系數(shù)的影響34-37
• 2.7 施工階段三分力系數(shù)的曲線擬合37-38
• 2.8 本章小結(jié)38-39
• 第3章 大跨斜拉橋隨機風(fēng)場模擬39-53
• 3.1 自然風(fēng)的基本特性39-44
• 3.1.1 平均風(fēng)的基本特性40-42
• 3.1.2 脈動風(fēng)的基本特性42-44
• 3.2 諧波疊加法44-45
• 3.3 參數(shù)選取討論45-47
• 3.4 大跨斜拉橋的隨機風(fēng)場模擬47-51
• 3.4.1 主梁的隨機風(fēng)場模擬47-49
• 3.4.2 主塔的隨機風(fēng)場模擬49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第4章 大跨斜拉橋動力特性分析53-65
• 4.1 工程概況53-55
• 4.2 大跨斜拉橋有限元建模55-57
• 4.3 大跨斜拉橋施工階段動力分析57-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第5章 大跨斜拉橋施工階段抖振響應(yīng)分析65-81
• 5.1 風(fēng)荷載的時域化65-70
• 5.1.1 靜風(fēng)荷載65-66
• 5.1.2 抖振風(fēng)荷載66
• 5.1.3 氣動自激力66-69
• 5.1.4 線性抖振的時域分析69-70
• 5.2 施工階段抖振時域分析70-78
• 5.2.1 最大單懸臂狀態(tài)70-74
• 5.2.2 最大雙懸臂狀態(tài)74-78
• 5.3 自激力的影響78-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 第6章結(jié)論與展望81-83
• 6.1 主要研究成果及結(jié)論81-82
• 6.2 研究展望82-83
• 參考文獻83-87
• 致謝87-89
• 附錄89-91

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本文編號：1082757