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山区风环境数值模拟与高墩刚构桥风致抖振时域分析
| 论文题名： | 山区风环境数值模拟与高墩刚构桥风致抖振时域分析 |
| 关键词： | 高墩刚构桥;山区风环境;抖振;时域分析;数值模拟 |
| 摘要： | 进入21世纪后，西部山区的交通基础设施建设越来越多。跨越深沟峡谷的线路常常采用高墩大跨连续刚构桥。由于山区地形地貌的风环境往往比较复杂，不同桥址区的风特性往往差异较大且表现出显著的三维特征，有必要对其进行研究。另外，在山区中跨越高山峡谷的桥梁，其桥面通常距水面或谷底较高，结构的刚度都相对较柔，对风的作用比较敏感。大气中的紊流风会诱发桥梁结构的抖振响应。在桥梁施工阶段，过大的抖振响应往往会危及施工人员和机械的安全。在成桥运营阶段，过大的抖振响应影响行车的舒适度和安全度。 本文以某山区高墩刚构桥为实际研究背景，对其桥址所在区域的风环境进行了数值模拟。随后依据数值模拟的结果，对其最大双悬臂阶段和成桥阶段进行了抖振时域分析。 首先，运用FLUENT模拟该桥址区域的风环境。提出在截断的地形边界周围人为扩展生成一片虚拟地形的办法，构造恰当的过渡曲线将原本高低不平的实际地形边界平缓过渡至新生成的具有同一高程的虚拟边界上，解决了目前地形风场数值模拟中边界条件难以施加的问题;基于SST k-ω湍流模型和平衡大气边界层假设，推导了适用于一般风工程计算的入口来流边界条件表达式，并实现风剖面的自保持，效果理想。 其次，结合脉动风的特性，对三维空间脉动风场进行了合理简化;采用MATLAB编制模拟程序，基于谐波合成法(WAWS)，考虑空间相关性，运用FFT技术，实现了大跨度桥梁三维空间脉动风场的模拟。 再次，结合风洞节段模型静力三分力试验的数据和数值风洞的模拟数据，对静风荷载和抖振力荷载进行时域化处理;在ANSYS有限元模型上加载时域化后的风荷载，对该桥的最大悬臂施工状态和成桥状态进行抖振时域分析。此外，研究了结构不同状态、基本风速不同取值和导纳函数对结构抖振位移响应的影响。 最后，总结了本文所做的研究，给出了研究中得到的一些结论，指出了进一步研究有待解决的问题。 |
| 作者： | 赵博文 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 郑史雄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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