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原文传递大跨度人行拱桥人致振动控制及涡激振动研究

论文题名：	大跨度人行拱桥人致振动控制及涡激振动研究
关键词：	大跨度人行拱桥;人致振动;涡激振动;舒适度评价
摘要：	随着轻质高强材料的应用和结构设计日趋复杂，人行桥普遍具有低刚度、低阻尼的特点，因此在人群荷载和风荷载的激励下更容易出现振动问题，影响行人舒适度甚至造成破坏。目前国内外对梁桥和悬索桥的人致振动的研究成果较多，对提篮式拱桥的相关研究成果很少；涡激振动同样会产生舒适度问题，许多学者对桥梁矩形截面、扁平箱梁截面和π型截面的涡激振动特性进行了分析，对多道纵梁的钢-混凝土组合截面的研究较少。因此以一座大跨径提篮式拱桥为例对人致振动舒适度评价和振动控制进行了全面研究，并利用CFD数值模拟方法研究了多道纵梁的钢-混凝土组合截面的涡激振动性能。主要研究内容如下：　　（1）舒适度和振动控制的指标研究。　　对国内外常用规范的荷载模型和舒适度指标进行综合分析，国内人行桥规范仅在基频上提出要求，并未涉及舒适度问题，无法满足当今人行桥的设计需求。《德国人行桥设计指南》对人行荷载等级和横、竖向舒适度均提出了相应指标，建议在进行舒适度分析时参考该规范。　　（2）大跨度提篮式拱桥舒适度评价研究。　　利用Midascivil软件进行桥梁动力特性分析，对横向、竖向敏感频率范围内的模态进行舒适度评价，结果表明桥梁横、竖向振动加速度均不满足舒适要求，需进行振动控制设计。提篮式拱桥吊杆存在横向倾角，桥面受横向不均匀人群荷载作用时两侧吊杆会产生不平衡的保向力，对横向振动产生影响，故分析竖向荷载对横向舒适度的影响程度。结果表明人群竖向荷载会对横向振动产生较大不利影响，振动控制设计时应考虑竖向荷载的影响。　　（3）桥梁结构特性对动力性能的影响分析。　　分析人行桥拱圈刚度、桥面板厚度、吊杆刚度、吊杆布置方式和吊杆倾角对桥梁动力性能的影响。结果表明拱圈刚度对结构动力特性有一定影响；桥面板厚度和吊杆刚度对动力特性影响不大；考虑竖向力的影响时，吊杆倾角对横向加速度影响较大；加设纵向倾斜吊杆能够显著提高桥梁竖向模态频率，可以通过此方法避开敏感频率或减小竖向加速度峰值。　　（4）大跨度提篮式拱桥的振动控制。　　基于阻尼器振动控制设计理论，确定阻尼器的刚度、质量和阻尼系数，分析各级别人行荷载模式下TLMD阻尼器减振效果，并对TLMD平面布置方案进行优化。结果表明不考虑竖向荷载对横向舒适度影响时，各级别荷载等级下竖向和横向舒适度均达到最优级别；考虑竖向荷载对横向舒适度影响时，在最大级别荷载作用下横向舒适度能达到中等级别。　　（5）主梁横断面涡激振动性能分析。　　对截面的涡激振动进行模拟分析，利用UDF二次开发功能将自编算法导入Fluent程序，结合嵌套网格的方法实现截面与流体的耦合运动分析，解决了静态绕流分析无法模拟主梁运动对流场的影响的问题。基于MATLAB编程提取结点数据并根据风速、阻尼等计算主梁位移和升力时程曲线，结果表明主梁在计算风速下并未发生涡激振动，从迹线和涡量云图可以看出，中间的两道纵梁减弱了气流在下表面下游的分离程度，对漩涡有阻挡分割作用，抑制了竖弯涡振。
作者：	徐斌
专业：	土木工程
导师：	郑一峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022