[碩士]鋼桁架懸索橋抖振響應(yīng)及其影響參數(shù)分析

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　　[碩士]鋼桁架懸索橋抖振響應(yīng)及其影響參數(shù)分析　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：湖南大學(xué)　　學(xué)位年度：2011　　鋼析架梁及流線型鋼箱梁是懸索橋加勁梁的常用形式。鋼精梁具有剛度大、能夠適應(yīng)雙層橋面的特點(diǎn)，是公鐵兩用懸索橋加勁梁的首選形式。在架設(shè)困難的山區(qū)及峽谷修建的大跨度懸索橋通常也采用鋼析梁。鋼析梁透風(fēng)性好，不容易發(fā)生渦激共振，而且可以通過(guò)增設(shè)上、下穩(wěn)定板等氣動(dòng)措施提高顫振性能。然而鋼析梁構(gòu)件眾多，擋風(fēng)面積大，在自然脈動(dòng)風(fēng)作用下的抖振響應(yīng)將更加顯著。此外，一些用于提高顫振穩(wěn)定性的氣動(dòng)改良措施也會(huì)加劇抖振響應(yīng)。本文以正在修建的湖南澄水大橋(主跨為856m)為工程背景，采用加勁梁節(jié)段模型試驗(yàn)與橋梁頻域抖振計(jì)算相結(jié)合的方法研究了鋼析梁懸索橋的抖振性能。主要內(nèi)容及結(jié)果如下:　　 (1)鋼析梁的等效扭轉(zhuǎn)質(zhì)量矩計(jì)算是建立魚骨型單主梁簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)。針對(duì)直接計(jì)算析梁等效慣性矩的困難，給出了一種基于有限元?jiǎng)恿Ψ治龅暮?jiǎn)化計(jì)算方法。這一方法通過(guò)在析梁附加扭轉(zhuǎn)質(zhì)量矩前后的動(dòng)力特性變化，來(lái)反算析架梁自身扭轉(zhuǎn)質(zhì)量矩。算例分析驗(yàn)證了這一方法具有很高的精度。　　 (2)基于等效單主梁模型，應(yīng)用Davenport準(zhǔn)定常抖振分析方法，按平方和開方(SRSS)對(duì)澄水大橋進(jìn)行了順風(fēng)向、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)方向抖振響應(yīng)的頻域分析，計(jì)算時(shí)氣動(dòng)阻尼按準(zhǔn)定常方法計(jì)算。結(jié)果表明，抖振位移主要由主梁各方向的一階振動(dòng)模態(tài)控制，高階模態(tài)的參與效應(yīng)很小;而對(duì)于抖振加速度，高階模態(tài)有較大參與。并采用時(shí)程分析法對(duì)SRSS的頻域分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證?！　? (3)研究了氣動(dòng)導(dǎo)納、定常及非定常自激氣動(dòng)力、脈動(dòng)風(fēng)速的空間相關(guān)性、水平及豎向脈動(dòng)風(fēng)速互譜等風(fēng)場(chǎng)及氣動(dòng)參數(shù)對(duì)抖振響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:(a)考慮氣動(dòng)導(dǎo)納后抖振響應(yīng)顯著減小，脈動(dòng)風(fēng)速的空間相關(guān)性及風(fēng)速的互譜都會(huì)顯著地影響結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng);(b)準(zhǔn)定常自激力描述豎向及側(cè)向模態(tài)的氣動(dòng)阻尼具有足夠的精度，但描述扭轉(zhuǎn)模態(tài)的氣動(dòng)阻尼還存在很大的近似性?！　? (4)地貌粗糙度對(duì)風(fēng)振的影響具有雙重效應(yīng):粗糙的地貌在降低平均風(fēng)速的同時(shí)卻增加了紊流度。從水平脈動(dòng)風(fēng)速譜出發(fā)，本文推導(dǎo)分析了我國(guó)公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范中的四類地貌(不同地貌粗糙度zo)下大氣邊界層紊流度剖面的取值，并與國(guó)內(nèi)外主要抗風(fēng)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)澄水大橋四類地貌下的抖振響應(yīng)均方差和最大值做了比較分析。結(jié)果表明，位于平均風(fēng)速最大、但紊流度卻最小的A類地貌下，抖振響應(yīng)卻不一定達(dá)到最大值，在工程設(shè)計(jì)及抗風(fēng)試驗(yàn)中應(yīng)予以注意。

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