本文回顧了大跨度橋梁的發(fā)展概況,介紹了大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究現(xiàn)狀、動(dòng)力可靠度研究現(xiàn)狀以及顫振后狀態(tài)的研究現(xiàn)狀。針對(duì)目前研究的不足,本文分別從三個(gè)方面展開深入研究。對(duì)于渦振和線性顫振的可靠度研究,本文推導(dǎo)了極值I型分布函數(shù)的高斯數(shù)值積分公式,并利用基于最大熵原則的乘法降維法分析了大跨度橋梁渦振和線性顫振的可靠度;對(duì)于非線性顫振可靠度研究,本文基于CFD數(shù)值模擬的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)識(shí)別了主梁的非線性顫振導(dǎo)數(shù),并改進(jìn)了傳統(tǒng)的二維復(fù)模態(tài)顫振分析法,使其不僅可以計(jì)算主梁的顫振臨界狀態(tài),還可預(yù)測(cè)主梁的顫振后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。最后將“乘法降維法”與“改進(jìn)的二維復(fù)模態(tài)顫振分析法”相結(jié)合,分析了大跨度橋梁的非線性顫振可靠度。本文的主要研究?jī)?nèi)容主要有:(1)回顧了大跨度橋梁的發(fā)展概況,闡述了風(fēng)工程領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,針對(duì)現(xiàn)有理論研究的不足,確定了本文的研究方向與研究目標(biāo)。(2)介紹了結(jié)構(gòu)可靠度的基本理論及常用方法,并對(duì)比分析了現(xiàn)有可靠度分析方法的缺陷。針對(duì)現(xiàn)有可靠度理論的不足,本文推導(dǎo)了極值I型分布函數(shù)的高斯數(shù)值積分公式,并將其應(yīng)用至基于最大熵原則的乘法降維法,從而將該方法引入到風(fēng)工程領(lǐng)域。為了驗(yàn)證乘法降維法的計(jì)算精度與計(jì)算效率,還引入了兩個(gè)數(shù)值算例(顯示的極限狀態(tài)方程與隱式的極限狀態(tài)方程),并以Monte Carlo模擬結(jié)果作為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。(3)先介紹了渦激振動(dòng)的基本概念,然后基于風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試了二維節(jié)段模型在不同風(fēng)攻角下(-3~o、0~o和+3~o)的渦振響應(yīng),通過公式換算再將該渦振響應(yīng)轉(zhuǎn)換到三維實(shí)橋。利用條件概率將渦激振動(dòng)的兩種失效模式(渦振鎖定風(fēng)速失效模式和渦振振幅失效模式)綜合地考慮為渦振剛度失效模式,將橋位處的風(fēng)特性、渦激力參數(shù)、Strouhal數(shù)和Scruton數(shù)等參數(shù)視為隨機(jī)變量,并利用基于最大熵原則的乘法降維法求解了大跨度橋梁在不同風(fēng)攻角下各階模態(tài)的渦振失效概率。(4)先介紹了二維橋梁顫振理論及顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別方法,然后基于CFD數(shù)值模擬識(shí)別了某大跨度流線型鋼箱梁懸索橋的顫振導(dǎo)數(shù),分別利用有限元法與經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)該懸索橋進(jìn)行顫振確定性分析與概率性分析。(注意:概率性分析時(shí),將有限元法與乘法降維法相結(jié)合,經(jīng)驗(yàn)公式法與Monte Carlo相結(jié)合)結(jié)果表明:在確定性分析時(shí),有限元法與經(jīng)驗(yàn)公式法所得結(jié)果很接近,且經(jīng)驗(yàn)公式法偏于保守;在概率性分析時(shí),兩種方法所得結(jié)果相差較大,二者誤差可達(dá)4.65倍。故經(jīng)驗(yàn)公式法僅適用于初步的確定性分析。(5)介紹了計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),利用CFD中動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)研究了流線型鋼箱梁斷面非線性氣動(dòng)自激力,并在此基礎(chǔ)上識(shí)別了主梁的非線性顫振導(dǎo)數(shù)。然后基于兩自由度耦合顫振理論,將運(yùn)動(dòng)振幅和非線性顫振導(dǎo)數(shù)引入傳統(tǒng)的二維復(fù)模態(tài)顫振分析法并將原程序改進(jìn)得到“顫振后狀態(tài)分析程序”,使其不僅能計(jì)算主梁的顫振臨界風(fēng)速,還可預(yù)測(cè)主梁的顫振后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其顫振后狀態(tài)依次包含四個(gè)階段,“顫振小振幅區(qū)”、“顫振振幅階躍區(qū)”、“顫振振幅線性增長(zhǎng)區(qū)”和“顫振發(fā)散區(qū)”。最后,將“乘法降維法”與“顫振后狀態(tài)分析程序”相結(jié)合,提出“非線性顫振可靠度分析方法”,從而分析了大跨度橋梁的非線性顫振可靠度。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U441.3;U448.25
【部分圖文】：

截止目前已經(jīng)建成了多座世界著名的大跨度橋梁。表1-1和表1-2分別列出了已建成的世界上著名大跨度懸索橋和斜拉橋，可以看出我國(guó)橋梁工程的發(fā)展已經(jīng)躋身于世界前列。尤其是對(duì)于現(xiàn)在在建的五峰山公鐵兩用懸索橋（見圖1-1）和滬通長(zhǎng)江大橋（見圖1-2），其建成后均是世界同類型橋梁中跨度最大的橋梁。表 1-1 已建成的世界著名大跨度懸索橋序號(hào) 橋名 跨徑(m) 主梁形式 建成時(shí)間 國(guó)家1 明石海峽大橋 1991 鋼桁梁 1988 日本2 西堠門大橋 1650 分體鋼箱梁 2009 中國(guó)3 大貝爾特東橋 1624 鋼箱梁 1998 丹麥4 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋 1490 鋼箱梁 2005 中國(guó)5 南京長(zhǎng)江四橋 1418 鋼箱梁 2012 中國(guó)6 亨伯爾橋 1410 鋼箱梁 1981 英國(guó)7 江陰長(zhǎng)江大橋 1385 鋼箱梁 1999 中國(guó)8 青馬大橋 1377 鋼桁梁 1997 中國(guó)9 韋拉扎諾橋 1298 鋼桁梁 1964 美國(guó)10 金門大橋 1280 鋼桁梁 1937 美國(guó)表 1-2 已建成的世界著名大跨度斜拉橋序號(hào) 橋名 跨徑(m) 主梁形式 建成時(shí)間 國(guó)家1 俄羅斯島大橋 1104 鋼箱梁 2012 俄羅斯2 蘇通長(zhǎng)江公路大橋 1088 鋼箱梁 2008 中國(guó)3 昂船洲大橋 1018 分體鋼箱梁 2009 中國(guó)4 鄂東長(zhǎng)江大橋 926 混合梁 2010 中國(guó)5 多多羅大橋 890 混合梁 1999 日本6 諾曼底大橋 856 混合梁 1995 法國(guó)

成的世界上著名大跨度懸索橋和斜拉橋，可以看出我國(guó)橋梁工程的發(fā)展已經(jīng)躋身于世界前列。尤其是對(duì)于現(xiàn)在在建的五峰山公鐵兩用懸索橋（見圖1-1）和滬通長(zhǎng)江大橋（見圖1-2），其建成后均是世界同類型橋梁中跨度最大的橋梁。表 1-1 已建成的世界著名大跨度懸索橋序號(hào) 橋名 跨徑(m) 主梁形式 建成時(shí)間 國(guó)家1 明石海峽大橋 1991 鋼桁梁 1988 日本2 西堠門大橋 1650 分體鋼箱梁 2009 中國(guó)3 大貝爾特東橋 1624 鋼箱梁 1998 丹麥4 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋 1490 鋼箱梁 2005 中國(guó)5 南京長(zhǎng)江四橋 1418 鋼箱梁 2012 中國(guó)6 亨伯爾橋 1410 鋼箱梁 1981 英國(guó)7 江陰長(zhǎng)江大橋 1385 鋼箱梁 1999 中國(guó)8 青馬大橋 1377 鋼桁梁 1997 中國(guó)9 韋拉扎諾橋 1298 鋼桁梁 1964 美國(guó)10 金門大橋 1280 鋼桁梁 1937 美國(guó)表 1-2 已建成的世界著名大跨度斜拉橋序號(hào) 橋名 跨徑(m) 主梁形式 建成時(shí)間 國(guó)家1 俄羅斯島大橋 1104 鋼箱梁 2012 俄羅斯2 蘇通長(zhǎng)江公路大橋 1088 鋼箱梁 2008 中國(guó)3 昂船洲大橋 1018 分體鋼箱梁 2009 中國(guó)4 鄂東長(zhǎng)江大橋 926 混合梁 2010 中國(guó)5 多多羅大橋 890 混合梁 1999 日本6 諾曼底大橋 856 混合梁 1995 法國(guó)

西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文程研究的新篇章。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在橋梁風(fēng)工程已經(jīng)成為比較成梁風(fēng)致效應(yīng)大概可以分為兩類，即靜力作用和動(dòng)力作用[3][4]。前者主要考失穩(wěn)；后者主要考慮結(jié)構(gòu)的渦振、抖振、顫振和馳振。其中渦振和抖振，一般僅會(huì)引起橋梁構(gòu)件的疲勞和行車安全性的問題，而顫振和馳振屬可直接導(dǎo)致橋梁災(zāi)難性的風(fēng)毀事故。它們的關(guān)系可歸納為圖 1-3。
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本文編號(hào)：2851638