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原文传递多参数影响下山城大跨宽体悬索桥抖振响应研究

论文题名：	多参数影响下山城大跨宽体悬索桥抖振响应研究
关键词：	大跨宽体扁平钢箱梁悬索桥;山城桥址风特性;静力三分力系数;气动导纳函数;抖振响应
摘要：	近年来出现了较为少见的大跨宽体扁平钢箱梁悬索桥，该类桥型由于其自身宽扁特性给桥梁抗风领域带来了新的研究课题。本文以位于山城重庆的宽体钢箱梁悬索桥—寸滩长江大桥为背景，采用现场实测、风洞试验、数值模拟和理论分析相结合的方法，对山城桥址风特性、格栅脉动风场、宽体钢箱梁气动力特性、静力三分力系数、气动导纳函数和多参数影响下山城大跨宽体悬索桥抖振响应规律进行了研究，主要内容如下：　　①开展了为期一年的山城桥址风特性现场实测工作，借助数值分析手段研究了实桥塔柱对数据采集系统的“塔影”效应影响，并对实测结果进行了修正。桥址实测风剖面指数为0.166，风攻角范围为-8°~+5°，考虑“塔影”效应的实测年均风速为3.4m/s，设计基本风速为28.1m/s，构建了符合桥址实际情况的脉动风功率谱模型，并将其与各类常用风谱模型脉动风谱进行了比较，发现山城桥址低频脉动风成分显著，对大跨桥梁结构的抖振响应更为不利。研究结果为山城大跨宽体悬索桥抖振响应分析提供了风荷载数据。　　②通过风洞试验与数值分析相结合的方法，研究了两种格栅湍流场特性，发现格栅湍流场在格栅下游一定距离内并不服从各向同性假定，大、小格栅湍流场的不稳定区分别约为4m和2m。稳定区纵向平均湍流强度分别约为7.2％和4.6%，湍流积分尺度分别为0.107m和0.073m，稳定区脉动风谱符合Karman谱并不受来流风速大小的影响。研究结果为气动导纳试验确定了合理的试验位置并提供了脉动风谱数据。　　③通过数值分析研究了不同宽高比对钢箱梁的气动力特性影响，发现阻力和升力静力三分力系数随宽高比的增加而增大。通过风洞试验研究了不同风攻角、不同人行道栏杆透风率、不同人行道栏杆位置、不同检修轨道位置和不同桥面粗糙度等多参数影响下的宽体钢箱梁静力三分力系数变化规律，为多参数耦合作用下宽体钢箱梁气动导纳函数的试验研究提供了支撑。　　④通过风洞试验研究了不同格栅湍流场、不同风速、不同风攻角、不同人行道栏杆透风率、不同人行道栏杆位置、不同检修轨道位置和不同桥面粗糙度对宽体钢箱梁抖振力谱和气动导纳函数的影响规律，建立了多参数影响下的宽体钢箱梁气动导纳函数实用模型，为工程的精细化抖振响应分析提供了依据。　　⑤基于山城桥址实测风谱和推荐的实用气动导纳函数模型，根据Davenport抖振理论，借助MATLAB和ANSYS分析软件，以时域数值分析方法为手段，分析了不同气动导纳函数、不同湍流场、不同风攻角、不同人行道栏杆位置、不同检修轨道位置和不同桥面粗糙度等多参数耦合作用下山城大跨宽体钢箱梁悬索桥的抖振响应规律，并与基于规范谱获得的抖振响应进行了比较，发现采用实测谱获得的抖振横向位移较规范谱大7.4%，扭转位移较规范谱大12.8%，说明直接应用规范谱进行山城大跨宽体悬索桥抖振分析存在误差，会过低地估计大跨桥梁结构的抖振响应，计算结果偏于不安全。
作者：	刘连杰
专业：	土木工程
导师：	张亮亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文