隨著碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷取得進展,將CFRP作為拉索材料應(yīng)用于斜拉橋中已成為橋梁工程新的發(fā)展方向。對比傳統(tǒng)鋼索,CFRP拉索承載效率更高,耐腐蝕性強,能夠突破斜拉橋向輕型、大跨度發(fā)展的局限性。但CFRP自重遠低于鋼材,應(yīng)用于工程實際中將導致橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度有所下降,其對風荷載作用的敏感程度尚未可知。本文以廣東省肇慶市閱江大橋為工程背景,通過軸向等強代換原則,以新型材料CFRP作為拉索結(jié)構(gòu)材料代替鋼材,從兩類拉索斜拉橋顫振穩(wěn)定性、靜風非線性穩(wěn)定性以及兩類拉索的風致振動響應(yīng)三個方面進行了全面的對比,探究碳纖維索斜拉橋的抗風性能,具體工作及相關(guān)結(jié)論如下:(1)通過有限元軟件ANSYS分別建立兩類拉索的全橋模型,計算兩類斜拉橋的動力特性進而求解其顫振臨界風速,結(jié)果表明CFRP索斜拉橋前十五階振動頻率有所下降,而兩類斜拉橋顫振臨界風速相差不大;(2)通過FLUENT軟件求解主梁在不同風攻角下的靜三分力系數(shù),基于橋梁非線性空氣靜風穩(wěn)定研究理論,引入靜三分力系數(shù)及荷載的非線性變化影響,采用ANSYS編程語言編制橋梁非線性靜風失穩(wěn)臨界風速優(yōu)化求解程序;(3)采用上述程序?qū)深愋崩瓨蜢o風失穩(wěn)臨界風速進行求解,結(jié)果表明碳纖維索斜拉橋與鋼索斜拉橋靜風非線性變形特征一致,并未出現(xiàn)大幅度變形或陡然發(fā)散現(xiàn)象,臨界風速較為接近;(4)選擇Kaimal水平風譜作為脈動風譜密度函數(shù),基于線性相位濾波器法中的AR數(shù)學模型,運用MATLAB軟件編制相關(guān)程序?qū)髦車L場水平脈動風速時程進行數(shù)值仿真,并根據(jù)模擬結(jié)果擬合湍流強度公式,并依次求解流場各湍流參數(shù)作為后續(xù)風場模擬的初始條件;(5)運用CFD數(shù)值方法對兩類拉索在兩類工況中風致振動進行數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明兩類拉索流場分布接近一致,但CFRP索上下兩側(cè)面的負壓更大,風致振動表現(xiàn)中CFRP索振動頻率較鋼索更高,而振幅有所降低。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U441.3;U448.27
【部分圖文】：

俄羅斯島大橋

圖 1.2 江蘇大學 CFRP 拉索斜拉橋總體布置CFRP 材料在國內(nèi)外橋梁設(shè)計領(lǐng)域一經(jīng)出現(xiàn)便受到了廣大工程師的青睞，但作為拉索材料應(yīng)用于斜拉橋卻始終處于理論研究以及試驗階段。除去本身造價昂貴，制作工藝復(fù)雜之外，其本質(zhì)原因在于大跨度纜索橋梁對風荷載的敏感性

斜拉橋主橋立面圖
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本文編號：2849403