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千米级跨径斜拉桥施工过程颤振特性分析
| 论文题名： | 千米级跨径斜拉桥施工过程颤振特性分析 |
| 关键词： | 斜拉桥;施工过程;颤振特性;动力特性 |
| 摘要： | 随着桥梁设计理论的成熟以及新型材料的出现，斜拉桥跨度越来越大，已经出现了千米级跨径斜拉桥。跨径增大的同时斜拉桥结构体系越来越柔，结构的抗风稳定性也在下降。同成桥运营状态相比，虽然斜拉桥的施工建设周期并不是很长，但是在施工架设阶段，由于桥梁的结构体系处于不断转换中，尚未形成最终状态，可能会出现比成桥后更为不利状态：刚度小、稳定性差、风振响应大等。因此为了确保施工过程安全顺利地进行，需要对千米级跨径斜拉桥施工阶段进行抗风稳定性分析。颤振作为桥梁风致振动的一种，一旦发生就会导致结构发生毁灭性的破坏。本文主要对斜拉桥施工阶段的颤振稳定性进行研究。 对于千米级跨径的斜拉桥施工过程的颤振稳定性考察，本文采用三维全模态颤振分析方法。首先利用Scanlan的自激气动力模型模拟空气作用力，自激气动力经过一系列转化变为等效节点荷载，然后以矩阵形式表达出来。利用ANSYS自带的矩阵单元输入自激气动力，这样就在有限元中建立了结构单元和自激气动力单元组成的系统，将颤振问题转换成了对这个系统的模态分析问题。通过系统模态分析得到的结果就可以判定颤振临界状态。 本文以苏通长江大桥为背景，划分斜拉桥的施工阶段，建立与各施工阶段对应的模型，对模型做了不计阻尼的动力特性分析，得出了各施工阶段的结构的振动模态；然后计入阻尼与气动力作用，对模型作了颤振分析得到颤振临界风速，并总结了苏通桥施工过程中动力特性和颤振特性的变化规律。 研究表明： （1）随着施工的推进，结构的自振频率呈下降趋势，其中施工初期下降较快，后期下降较慢，并且在后期出现了主梁侧弯和扭转耦合的模态； （2）施工过程中临时支撑的架设和边跨合龙会提高结构的竖弯刚度，主梁竖弯频率升高，提高了结构的稳定性； （3）中跨合龙的同时拆除了主梁和索塔之间的临时固结，结构体系的整体刚度下降，颤振临界风速也下降； （4）随着施工的推进，斜拉桥的颤振临界风速也呈下降趋势，成桥阶段的颤振临界风速最小，颤振临界风速只在边跨合龙时有所提升。 |
| 作者： | 曹志强 |
| 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 |
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