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原文传递喇叭形山口下∏型主梁斜拉桥抖振研究

论文题名：	喇叭形山口下∏型主梁斜拉桥抖振研究
关键词：	∏型叠合梁斜拉桥;喇叭形山口;非均匀风参数;抖振响应
摘要：	随着交通运输事业的发展，山区环境下的大跨度桥梁建设越来越迫切。山区桥梁一般具有高墩大跨的特性，因而对风荷载非常敏感。由于山区气象和地形的复杂，人们对山区风场特性的了解还处于相对滞后的阶段。本文选择某典型喇叭形山口下的∏型叠合梁斜拉桥为对象，对此“一山一桥”的风特性和风致抖振响应进行了系统研究，主要结论和科学贡献点如下：　　(1)在某喇叭形山口下建立5座风观测塔和一个多普勒声雷达观测站，对山口下两座大跨度桥梁进行长期风观测。实测表明此喇叭形山口的强风主要为西北来流，风向和风速剖面扭曲明显。连续47年气象站实测极值风速满足Loglogistic分布，广义极值分布会低估重现期风速。风参数存在空间不均匀性，表现为越靠近高山峭壁处的紊流强度越大，紊流积分尺度越小，顺风向功率谱密度在低频能量越小，阵风因子和紊流强度越表现出非线性关系。30m以下测点的顺风向脉动风功率谱密度会出现高频子区的现象，引入的钝体-点功率谱模型具有广泛的适用性。采用Davenport模型描述相距765m两个测点的脉动风相关性会出现参数拟合值限幅波动现象。湍流风参数Au,w的条件概率密度满足Weibull分布，σu,w的条件概率密度满足Lognormal分布。地形风洞试验表明风参数与局部地形和来流方向密切相关，建立不同来流方向风参数沿桥轴线变化方程，给出喇叭形地形现场实测选点建议。　　(2)归纳已建∏型主梁断面设计参数，制作了典型∏型梁断面并进行风洞试验。试验结果表明格栅紊流能够基本满足各向同性假定，攻角会改变断面上的静压力系数、脉动压力系数和分离点。在0°攻角下，抖振阻力相关性在低频要小于顺风向脉动风相关性，抖振升力相关性在全部频率区间都大于竖向脉动风相关性，抖振升力和抖振力矩的相干函数在低频存在波动，格栅和断面形态会改变抖振力谱和抖振力相干函数。识别出断面在不同攻角下气动导纳函数，并拟合成目标函数。　　(3)基于喇叭形地形实测风参数，对∏型主梁斜拉桥进行以下4个方面抖振研究：①对比研究实测风参数和规范风参数下主梁抖振响应差异，评价不同气动导纳函数下∏型主梁抖振响应结果。②建立风参数概率模型，采用环境等值法和一阶可靠度法对主梁抖振响应极值进行估算。③基于实测扭曲风速和风向剖面，建立扭曲风剖面下变截面桥塔抖振响应计算方法，对比不同类型风剖面对抖振响应的影响。④采用虚功原理建立多自由度控制的模态耦合抖振控制方程，改进传统DTMD，提出衡量TMD冲程大小的抖振控制效果评判标准，讨论了多模态控制和单模态控制优劣、对比了不同优化参数解析解和频率间距下的减振效果。　　(4)建立平均风速与风偏角展向变化、平均风速与风攻角展向变化和平均风速与风向展向变化的主梁抖振计算模型，讨论了平均风参数展向变化对抖振响应的影响；提出考虑展向变化的平均风参数、湍流风参数和气动导纳函数的抖振计算理论，对比研究了非均匀风参数对抖振响应的影响。
作者：	沈正峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李加武;胡兆同
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2021