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山区峡谷桥址非平稳风实测与模拟研究
| 论文题名： | 山区峡谷桥址非平稳风实测与模拟研究 |
| 关键词： | 大跨桥梁;非平稳脉动风场;抖振响应 |
| 摘要： | 近年来，山区峡谷地带强对流天气频繁出现，对山区桥梁运营期间人员及财产造成大量伤亡和损失。此外，由于山区地形地貌及风环境复杂，使山区峡谷桥梁设计施工必须依据对峡谷风场特性的全面掌握，然而，我国关于山区峡谷风场的实测研究起步较晚，且桥址处实测气象资料也相对匮乏。基于此，本文以位于我国西部山区峡谷处两座大跨径桥梁为工程背景，根据三维风速仪实测风数据进行了平均风与脉动风特性研究，通过实测风参数模拟得到桥梁主梁非平稳脉动风场，并系统分析研究了桥梁的非平稳抖振响应。本文主要研究内容与结论如下： (1) 对两座大跨径桥梁实测数据进行分析得到其平均风特性，同时采用 EMD法及db系小波法对实测风速数据提取时变平均风速，分离得到三个分量脉动风速，并统计其脉动风特性。结果表明，西部山区实测强风主要集中于春冬季，具有明显的季节变化特征，来流风方向与峡谷走向一致；强风时风攻角主要表现为负值，与桥梁设计规范规定值相差较大。此外，三分量脉动风速功率谱能量集中于同一频率范围内，非平稳性特征明显，且受山区地形影响较大；同时三分量紊流强度平均值波动范围大致相同，横风向与顺风向紊流强度比值与规范区别较小，而竖风向与顺风向紊流强度比值则远高于规范推荐范围； (2) 根据现场实测风参数分别采用线性滤波法和谐波合成法对桥梁主梁进行非平稳脉动风场的模拟，通过算例对其进行相关性分析、功率谱检验以及EPSD的估计，对模拟结果比较分析，表明谐波合成法的模拟精度高于线性滤波法，最后通过调制函数，将模拟得到的平稳风场调制为非平稳脉动风场，为后续抖振响应分析提供必要风参数； (3) 建立西部山区两座跨峡谷大桥ANSYS有限元模型，采用经典多模态SRSS频域法对桥梁进行抖振响应分析，研究对比了不同相干函数、风速谱、风攻角及紊流强度的选取对两座桥梁非平稳抖振位移响应的影响。分析结果表明，两座桥梁均是沿主梁横向抖振位移响应最大，竖向次之，扭转最小，此外，抖振位移响应始终在选取规范相干函数及规范风谱时最大，攻角对不同桥梁不同响应位移没有展现出具体的规律，但均是主跨跨中位移大于主跨1/4截面处，且紊流度越大对桥梁抖振位移响应的影响越大。 |
| 作者： | 王珏 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 刘海明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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