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山区风环境数值模拟与基于虚拟激励法的拱桥抖振响应分析
| 论文题名： | 山区风环境数值模拟与基于虚拟激励法的拱桥抖振响应分析 |
| 关键词： | 大跨度拱桥;数值风洞;虚拟激励法;山区风环境;数值模拟;抖振响应 |
| 摘要： | 我国西部地区地形特点为多山地，为了满足西部地区经济发展的需求，近年来很多修建在山区的桥梁应运而生，随着桥梁跨度的不断提高，山区桥梁风致振动问题也愈加凸显，因而山区复杂地形风环境的准确描述至关重要。由于气象资料的缺乏以及山区复杂的地形特征，设计风参数很难通过规范确定，因此有必要对山区风环境进行三维数值模拟。在风致振动研究中，抖振分析是进行桥梁抗风安全性评估的重要环节，过大的抖振响应将会影响到桥梁运营阶段行车的安全性和舒适性。虚拟激励法作为一种高效精确的求解结构随机振动响应的频域方法，易于编程实现，在抖振分析领域有较为广泛的应用。 本文以一座西部山区的大跨度拱桥为研究背景，利用CFD数值风洞技术对桥址区风参数进行三维地形数值模拟计算，结合风参数模拟结果，基于虚拟激励法利用有限元软件对桥梁进行抖振响应分析。 首先，回顾了国内外拱桥的发展历程，并对山区风环境数值模拟和桥梁抖振响应研究的现状进行了阐述，综述了两种研究的试验方法和数值模拟方法，并简述了大气边界层风特性以及风荷载计算的相关理论。 然后，利用CFD进行了桥址区风参数数值模拟。按照圆曲线+余弦曲线的形式对桥址区边界进行拓展，在边界上利用自编UDF函数施加入口风速剖面和湍流强度剖面，在FLUENT中选用SSTk-ω模型对流场进行求解，提取并讨论了风参数模拟计算的结果。 最后，将虚拟激励法理论与桥梁抖振响应理论相结合，推导了多维多点抖振响应计算的虚拟激励法计算公式，并利用有限元软件进行实现。建立桥梁有限元模型，结合节段模型静力三分力风洞试验结果，构造虚拟激励荷载矢量，对该桥成桥状态和施工最不利状态进行抖振响应计算，提取响应结果。通过对不同结构状态、不同风速取值桥梁抖振响应结果的对比分析，得到一些对工程实践有参考意义的结论。 |
| 作者： | 张向旭 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 郑史雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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