详情

原文传递斜风作用下超大跨径斜拉桥抗风稳定性研究

论文题名：	斜风作用下超大跨径斜拉桥抗风稳定性研究
关键词：	超大跨斜拉桥;斜风作用;动力特性;静风稳定性;颤振稳定性
摘要：	为适应跨海连岛工程建设的需要，斜拉桥的跨径继续向超大跨径发展。随着斜拉桥跨径的持续增大，结构更趋于轻柔，结构刚度和阻尼小，对风的敏感性增强，抗风稳定性已成为其工程设计的关键问题。同时，现场实测研究表明沿海地区桥梁结构常受到斜风作用，但前期斜拉桥的抗风研究主要针对法向风情况。为确保斜风作用下超大跨径斜拉桥的抗风稳定性，以1400m主跨斜拉桥为工程背景，开展了斜风作用下成桥和关键施工阶段抗风稳定性分析，揭示斜风作用对抗风稳定性的影响，研究成果可以为超大跨径斜拉桥的抗风稳定性分析和设计提供理论参考。　　基于抗风稳定性相关理论与有限元分析方法，从动力特性、静风和颤振稳定三个方面着手，对斜风下超大跨径斜拉桥抗风稳定性展开分析研究。首先，采用MIDAS/CIVIL有限元分析软件建立结构的三维有限元模型，并确定其成桥和关键施工阶段（合拢、最大单悬臂和最大双悬臂）的结构理想状态。以此为基础，运用结构动力特性有限元分析程序SDCA进行成桥和关键施工阶段的动力特性分析，总结超大跨径斜拉桥结构动力特性变化特征。其次，采用斜风下大跨径桥梁三维非线性静风稳定分析程序SNAA-SW对成桥和关键施工阶段的静风稳定性进行分析，揭示了斜风作用对超大跨径斜拉桥静风稳定性的影响。最后，采用斜风下大跨径桥梁三维非线性颤振稳定分析程序NFLUTTER-SW对超大跨径斜拉桥成桥和关键施工阶段的颤振稳定性进行分析，探讨了静风效应、斜风效应及其综合效应对超大跨径斜拉桥颤振稳定性的影响。　　研究结果表明：　　（1）超大跨径斜拉桥基频小，频率分布密集，结构柔性显著。随着施工推进，结构刚度与自振频率大体呈增加趋势，一阶侧弯与竖弯基频呈波动变化，一阶扭转基频单调增加。　　（2）斜风下超大跨径斜拉桥静风临界风速随风偏角增大呈波动变化趋势，最低静风临界风速多出现在20°风偏角下。初始风攻角越大，静风临界风速受斜风效应减幅越明显，初始风偏角对于静风失稳形态影响不大。成桥阶段，斜风效应对静风失稳临界风速的降幅约0.65%。关键施工阶段，最低静风临界风速较法向风平均减幅约1.77%。超大跨径斜拉桥静风稳定分析中，需要重视斜风效应的影响。　　（3）成桥和关键施工阶段下最低颤振临界风速通常出现在斜风下。成桥阶段，斜风效应对线性、非线性颤振临界风速分别减幅约1.66%，2.0%，静风效应对颤振临界风速减幅约7.31%，斜风效应与静风效应的综合作用对颤振临界风速平均减幅约15.48%。关键施工阶段，斜风效应对线性、非线性颤振临界风速分别减幅约2.19%，4.46%，静风效应对颤振临界风速平均减幅约3.65%，斜风效应与静风效应的综合作用对颤振临界风速平均减幅约10.64%。超大跨径斜拉桥颤振稳定分析中，需要考虑斜风与静风综合效应的影响。
作者：	周于群
专业：	建筑与土木工程
导师：	张新军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江工业大学
学位年度：	2021