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原文传递大跨加劲梁人行悬索桥风致稳定性研究

论文题名：	大跨加劲梁人行悬索桥风致稳定性研究
关键词：	人行悬索桥;气动性能;风致振动;抗风稳定性
摘要：	大跨人行桥的桥梁选型常常采用悬索桥型式，悬索桥因其跨越能力大、结构受力合理、不需修建桥墩等原因，特别适合在山区峡谷和需要跨越深水湖泊等处修建。加劲梁式人行悬索桥比柔性主梁人行悬索桥具有更好的安全性与使用舒适性，但是大跨人行悬索桥的加劲梁结构仍然较为纤细轻柔，加劲梁宽度仅为满足行人使用要求，一般为2m到5m，宽跨比和高跨比随着跨度的增加都急剧减小，对行人荷载和风荷载都极为敏感，结构的动力稳定性较差，而且往往跨越深切峡谷，桥址风环境恶劣，容易引发较大振幅的风致振动，所以抗风设计是这类桥梁的重要方面。然而国内对人行悬索桥设计的专门规范或者规范条文都比较少，大跨加劲梁人行悬索桥系统性的抗风性能研究也较为匮乏。　　为了更好的服务大跨加劲梁人行悬索桥抗风设计，本文以一座主跨420m加劲梁人行悬索桥为研究背景，分析大跨加劲梁人行悬索桥的气动性能与风致振动特点，在细致的加劲梁断面气动性能研究基础上，建立大跨加劲梁人行悬索桥抗风性能全过程分析，对大跨加劲梁人行悬索桥展开详致系统的抗风稳定性研究。　　设计并制作加劲梁节段风洞试验模型，测试具有不同风嘴型式、桥面开槽、改变栏杆护网结构等加劲梁断面的气动参数与风振性能，并确定基于抗风性能的加劲梁优化断面，提出满足抗风稳定性和施工简易性的加劲梁断面一般型式，对大跨加劲梁人行悬索桥进行三维非线性静风稳定性、涡振、抖振及颤振稳定性全面抗风性能研究，本文进行的主要研究工作有：　　（1）对大跨加劲梁人行悬索桥采用不同矢跨比、抗风缆、中央扣等多种结构设计方案进行动力特性对比研究，分析可能出现的高密度行人流及断面挂冰极端状态的动力特性。　　（2）推导考虑桥梁空间变形的斜风风荷载表达式，进行考虑斜风效应的大跨加劲梁人行悬索桥的静风稳定性研究，研究有、无抗风缆设计方案的静风响应及失稳形态，分析大跨加劲梁人行悬索桥的失稳发展路径与失稳机理，进行静风稳定性影响参数研究，进行基于静风稳定性的加劲梁气动断面优化。　　（3）对大跨加劲梁人行悬索桥的涡振性能进行风洞试验检验，对多种加劲梁气动断面及断面极端状态进行涡振试验研究，进行桁片式加劲梁桥面板表面压力测量，获取此类加劲梁桥面板的表面压力分布状态，讨论此类桥梁发生涡振的可能状态。　　（4）采用改进的谐波合成法基于MATLAB编制空间风场模拟程序，模拟桥梁空间结构脉动风场并进行有效性检验；考虑静风附加风攻角、抖振力瞬态风攻角等荷载非线性因素及几何非线性，基于ANSYS编制大跨桥梁三维非线性抖振时域分析程序；分析大跨人行悬索桥自然状态与断面挂冰极端状态的抖振响应，进行基于抖振性能的加劲梁气动断面优化研究，进行抖振影响参数研究。　　（5）对大跨加劲梁人行悬索桥进行基于颤振稳定性的气动断面选型研究；采用加权最小二乘迭代法识别桥梁断面自由振动气动导数，采用随机减量技术处理高风速的振动信号，提高高风速区气动导数识别精度；基于ANSYS编制可以考虑静风附加风攻角的桥梁全模态三维颤振分析程序，进行颤振影响参数研究。　　本研究是对目前大跨人行悬索桥抗风性能研究的有益补充和发展，具有一定的现实工程应用意义,尤其是对于风荷载较大的山区峡谷人行悬索桥的设计与施工具有重要的借鉴意义。
作者：	管青海
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡兆同;李加武
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文