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下击暴流作用下大跨斜拉桥抖振响应分析与预测
| 论文题名： | 下击暴流作用下大跨斜拉桥抖振响应分析与预测 |
| 关键词： | 大跨度斜拉桥;风场特性;下击暴流;抖振响应;时频分析 |
| 摘要： | 随着全球气候的变化，雷暴在世界各地发生的频率大幅增加。当雷暴发展至成熟阶段，其顶部冷气团将失去稳定并崩溃形成局部强下沉气流。气流冲击地面后会向四周扩散并形成射流强风，即下击暴流。下击暴流具有突发性、随机性、强破坏性等特点，其非平稳性十分突出。当下击暴流发生在大跨度桥梁的桥址区时，将严重威胁桥梁结构的服役性能和行车安全。在上述背景下，本文结合我国首座千米级斜拉桥——苏通大桥，开展下击暴流作用下大跨度斜拉桥抖振响应实测分析和预测研究。主要研究内容包括： （1）下击暴流非平稳风特性实测分析。基于下击暴流实测风速数据，采用时频分析方法分别提取了下击暴流的时变平均风速与非平稳脉动风速。在此基础上，详细分析了下击暴流的紊流强度、紊流积分尺度、阵风因子、紊流功率谱密度等风特性参数，并对比了下击暴流与台风特征参数之间的差异。 （2）实测下击暴流平均风场解析重构。基于多单体下击暴流的空间特征，对Holmes下击暴流解析模型进行了拓展，提出了适用于描述多单体下击暴流平均风场空间分布的改进解析模型。采用启发算法对改进解析模型中的多个物理参数进行了快速寻优，建立了符合桥址区实测下击暴流空间特征的物理模型。 （3）基于双重修正的下击暴流短时风速预测。根据时序分析理论，开展了下击暴流短时风速预测研究，对比了不同时间序列模型的预测效果。在此基础上，深入研究了预测误差与历史风速之间的相关性及表征方法，从而提出了基于残差双重补偿修正的下击暴流短时风速预测方法。 （4）下击暴流作用下大跨度斜拉桥实测模态分析。基于下击暴流发生时苏通大桥的实测振动数据，开展了大跨度斜拉桥非平稳抖振响应实测分析。基于短时平稳假设，采用随机减量法识别了主梁和斜拉索的模态频率和阻尼比，并进一步分析了各阶模态参数随实测风速的变化规律。 （5）下击暴流作用下大跨度斜拉桥抖振响应预测。基于苏通大桥实测风速和振动响应，分析了桥梁抖振响应与下击暴流风场参数的相关性。考虑桥梁抖振响应的多步演化规律，构建了综合考虑桥梁历史振动状态和风场参数的桥梁抖振预测神经网络模型，并采用实测数据对不同模型的可靠性进行了验证。 |
| 作者： | 石棚 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王浩;陶天友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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