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原文传递边中塔高比对三塔斜拉桥颤振特性的影响分析

论文题名：	边中塔高比对三塔斜拉桥颤振特性的影响分析
关键词：	斜拉桥;颤振特性;边中塔高比;临界风速
摘要：	三塔斜拉桥与两塔斜拉桥相比，中间塔缺少辅助墩和过渡墩的帮助，桥梁的刚度更小，柔度更大，基频很低，对风的作用更加敏感。以往对斜拉桥颤振特性的研究，主要集中在理论研究和公式推导等方面，关于对斜拉桥强度和刚度有重要影响的各个参数，包括桥塔的型式、边跨跨径和主跨跨径的比值、桥塔高度和主跨跨径的比值及边跨辅助墩的设置等，主要研究它们对静力性能的影响，和风工程相关的研究很少。这些参数既然会对斜拉桥的静力特性产生重要影响，那么必然也会对其动力特性产生影响，特别是在颤振中起主导作用的扭转频率会发生变化，进而会影响到桥梁的空气动力稳定性，特别是随着斜拉桥跨径的增大，这种影响愈发明显。桥塔不仅是全桥最重要的景观要素，也是斜拉桥的主要承重构件，它的高度对桥梁的动力特性和颤振特性都有影响，本文主要研究边中塔高比对三塔斜拉桥 `的影响。　　首先，选取一实例桥，利用通用有限元软件ANSYS建立该桥的三维有限元模型（即原模型）。先对不计阻尼的原模型结构进行动力特性分析并提取前20阶模态，再用瑞利阻尼模拟结构阻尼，对计阻尼的结构进行动力特性分析，提取模态计算结果与前面的进行对比。　　其次，对原模型进行颤振特性分析。先对考虑气动力的单元，构造气动刚度单元和气动阻尼单元并附加到结构单元上，此时的模型由结构单元和气动单元组成，代表了桥梁结构与周围气流之间相互作用的力学模型。然后用通用程序提供的非对称带阻尼求解器进行固有模态分析，最终用命令流编程进行风速变化条件下的模态跟踪和频率迭代，得到各指定模态的频率和阻尼比随风速变化的历程，并观察模态振型形态的变化。对于有颤振发生的模态（阻尼比由负变正），搜索颤振临界状态，得到相应的风速和振型。　　最后，改变原模型的边中塔高比（塔高指桥面以上桥塔的高度），对改变后的各个模型进行动力特性分析和颤振特性分析。将计算结果整理成图表，分析比较边中塔高比对三塔斜拉桥颤振特性的影响。　　比较计算结果可知：边中塔高比在1:1-1:2范围内变化时，主梁一阶反对称竖弯、主梁一阶对称扭转、主梁一阶反对称扭转的固有频率呈下降趋势，最大变化率分别为27.3％、12.5%、13.2%；主梁一阶对称竖弯、主梁一阶对称侧弯、主梁一阶反对称侧弯的固有频率变化大小可忽略不计。　　颤振临界状态对应的振型均为主梁一阶对称扭转，发生颤振的频率随塔高比的变化逐渐变小，当边中塔高比在1:1-1:1.4范围内时，颤振临界风速随边中塔高比的变化先变大，在边中塔高比为1:1.3处达到最大值，最大变化率为9.2%，然后逐渐变小；在1:1.4-1:1.7范围内颤振临界风速变化很小，可忽略不计；在1:1.7-1:2.0范围内，颤振临界风速随边中塔高比的变化逐渐变大。　　上述结果表明，边中塔高比的变化对斜拉桥的固有频率和颤振临界风速均有明显影响，从颤振角度出发，边中塔高比取1:1.3时最为合理。
作者：	黄亮
专业：	道路与铁道工程
导师：	杨德灿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文