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抗风缆对大跨度悬索桥风致静力失稳及抖振的控制研究
| 论文题名： | 抗风缆对大跨度悬索桥风致静力失稳及抖振的控制研究 |
| 关键词： | 大跨度悬索桥;动力特性;抗风设计;静力失稳;抖振控制 |
| 摘要： | 随着缆索结构桥梁的跨度不断增大,其刚度和阻尼不断下降,对风荷载更加敏感。在很多情况下,此类型桥梁的抗风问题成为桥梁设计时要考虑的首要问题。本文以矮寨大桥为工程背景,研究施加抗风缆对桥梁静力失稳临界风速、跨中节点位移随风速的变化过程和在自然风作用下抖振响应有何变化,为相似桥梁的抗风设计提供参考。 首先,本文建立了矮寨大桥原桥有限元模型和施加抗风缆后的有限元模型,通过改变抗风缆拉杆与桥面的角度、拉杆长度、抗风缆和拉杆的横截面积、抗风缆和拉杆的初应变,研究这四种抗风缆参数对桥梁动力特性的影响规律,主要通过比较桥梁关键频率来确定抗风缆的最优参数。计算结果表明:抗风缆的施加使桥梁的各阶频率增大,表明刚度增大。抗风缆拉杆与桥面的角度为90度的效果最好,拉杆长度对桥梁的动力特性影响不明显,抗风缆和拉杆的横截面积越大,桥梁的频率增大越显著,抗风缆和拉杆的初应变增大,桥梁频率显著增大。 其次,本文用线性方法计算了施加抗风缆前后桥梁的失稳临界风速,用三维非线性方法计算了施加抗风缆前后桥梁跨中节点的位移和主缆跨中的轴力随风速的变化,得出桥梁在施加抗风缆后横向倾侧失稳风速和静力扭转失稳风速分别提高10.1％和8.9％,跨中位移显著减小。通过主缆跨中轴力变化发现:施加抗风缆前桥梁失稳风速在120 m/s左右,而施加抗风缆后桥梁的主缆跨中轴力变化很稳定,直到风速180m/s时轴力还没出现突变的分布,表明施加抗风缆后结构刚度和稳定性都有所增强。 最后,根据随机振动理论,基于线性滤波法用MATLAB软件模拟了桥梁跨中节点处的水平脉动风和竖向脉动风时程曲线,并根据达文波特力学模型把随机风转化为随机抖振力。计算结构时程响应表明:施加抗风缆后桥梁的振幅减小,抗风效果明显。 通过计算静力失稳临界风速、跨中节点随风速变化和随机抖振响应表明:施加抗风缆后静力失稳临界风速有所提高,抗风缆对桥梁的竖向平均振幅有稍稍增大,对桥梁横向和扭转角的振幅有很强的抑制作用,而且横向和扭转角的振幅更加平稳,表明抗风缆起到了良好的抗风效果。 |
| 作者： | 魏明星 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 方治华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 内蒙古科技大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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