發(fā)布時(shí)間：2019-01-18 18:00

【摘要】：近幾十年來(lái)，隨著橋梁跨度的逐漸增大，橋梁剛度越來(lái)越小，風(fēng)致振動(dòng)問(wèn)題日益凸顯，抗風(fēng)設(shè)計(jì)已成為橋梁設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)。其中橋梁抖振響應(yīng)計(jì)算經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已趨于成熟。然而，近年來(lái)有實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)表明，山區(qū)復(fù)雜地形風(fēng)環(huán)境下，脈動(dòng)風(fēng)速具有較強(qiáng)的非平穩(wěn)特性，不能視為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算，傳統(tǒng)的平穩(wěn)抖振響應(yīng)分析已經(jīng)不能滿足此類風(fēng)環(huán)境下的橋梁響應(yīng)分析了。本文研究復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下懸索橋的非平穩(wěn)抖振響應(yīng)，將風(fēng)視為非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，分析非平穩(wěn)風(fēng)速對(duì)位移抖振響應(yīng)的影響。本研究對(duì)山區(qū)復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的橋梁設(shè)計(jì)及安全評(píng)估具有重要意義。 本文運(yùn)用諧波合成法合成三維空間多點(diǎn)平穩(wěn)脈動(dòng)風(fēng)速，基于演變譜理論，取調(diào)制函數(shù)將平穩(wěn)脈動(dòng)風(fēng)速調(diào)制形成非平穩(wěn)風(fēng)速，，并將風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行荷載化處理；建立ANSYS有限元模型，基于APDL語(yǔ)言編制非平穩(wěn)抖振響應(yīng)分析程序，采用非平穩(wěn)風(fēng)速荷載化結(jié)果對(duì)主梁、懸索、橋塔、橋墩加載，進(jìn)行全橋抖振響應(yīng)時(shí)域分析；最后進(jìn)行非平穩(wěn)抖振響應(yīng)參數(shù)分析，研究了風(fēng)攻角、氣動(dòng)導(dǎo)納、自激力等因素對(duì)非平穩(wěn)抖振響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)本文選取的調(diào)制函數(shù)調(diào)制后，非平穩(wěn)風(fēng)速的湍流強(qiáng)度值與平穩(wěn)風(fēng)速相差較大；橋面板的非平穩(wěn)抖振響應(yīng)要遠(yuǎn)大于橋塔的響應(yīng)，且最大值出現(xiàn)在橫橋向的跨中位置附近；風(fēng)攻角對(duì)主梁豎向抖振響應(yīng)具有較大的影響，對(duì)橫橋向及轉(zhuǎn)角影響較小，對(duì)橋塔幾乎沒(méi)有影響；氣動(dòng)導(dǎo)納對(duì)橋梁抖振響應(yīng)影響顯著：考慮氣動(dòng)導(dǎo)納后，抖振響應(yīng)明顯降低，表明實(shí)際工程中不考慮氣動(dòng)導(dǎo)納的設(shè)計(jì)方法是偏于安全的；氣動(dòng)自激力具有發(fā)散作用，考慮氣動(dòng)自激力后橋梁抖振響應(yīng)增幅顯著，尤其對(duì)主梁豎向響應(yīng)，甚至起到主導(dǎo)作用；考慮自激力后主梁豎向非平穩(wěn)抖振響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不考慮自激力時(shí)的情況，實(shí)際工程中可采用提高主跨剛度的方式，避免風(fēng)與結(jié)構(gòu)的耦合振動(dòng)效應(yīng)。
[Abstract]:In recent decades, with the gradual increase of bridge span, the stiffness of bridge becomes smaller and smaller, and the problem of wind-induced vibration becomes more and more prominent. Wind resistant design has become an indispensable link in bridge design. The buffeting response calculation of bridges has matured after years of development. However, the measured wind speed data in recent years show that the fluctuating wind speed has a strong non-stationary characteristic under the complex terrain wind environment in mountainous area, and can not be regarded as a stationary random process to calculate the wind-induced vibration response. The traditional steady buffeting response analysis can not satisfy the bridge response analysis in this kind of wind environment. In this paper, the non-stationary buffeting responses of suspension bridges under complex wind conditions are studied. The wind is regarded as a non-stationary stochastic process, and the influence of non-stationary wind velocity on the buffeting response of displacement is analyzed. This study is of great significance to bridge design and safety assessment under complex wind environment in mountainous area. In this paper, the harmonic synthesis method is used to synthesize multi-point stationary pulsating wind speed in three-dimensional space. Based on the theory of evolution spectrum, the stationary pulsating wind speed is modulated into non-stationary wind speed by the modulation function, and the wind speed time history is subjected to load treatment. The ANSYS finite element model is established, and the non-stationary buffeting response analysis program is compiled based on APDL language. The buffeting response of the whole bridge is analyzed in time domain by using the non-stationary wind load results to load the main beam, suspension cable, bridge tower and pier. Finally, the non-stationary buffeting response parameters are analyzed, and the effects of wind attack angle, aerodynamic admittance and self-excitation force on the non-stationary buffeting response are studied. The results show that the turbulence intensity of non-stationary wind speed is significantly different from that of stationary wind speed after the modulation function selected in this paper. The non-stationary buffeting response of the deck is much larger than that of the tower, and the maximum appears near the midspan of the transverse bridge. The wind attack angle has a great influence on the vertical buffeting response of the main beam, but has little effect on the transverse bridge direction and the turning angle, but has little effect on the bridge tower. The effect of aerodynamic admittance on bridge buffeting response is significant: considering aerodynamic admittance, buffeting response is obviously reduced, which indicates that the design method of not considering aerodynamic admittance in practical engineering is relatively safe; The aerodynamic self-excitation force has the divergence effect, the bridge buffeting response increases obviously after considering the aerodynamic self-excited force, especially for the vertical response of the main beam, and even plays a leading role. The vertical non-stationary buffeting response of the main beam considering self-excited force is far larger than that of the non-self-excited force. In practical engineering, the method of increasing the stiffness of the main span can be adopted to avoid the coupling vibration effect between wind and structure.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U448.25;U441.3

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本文編號(hào)：2410966