原文传递
某汉江斜拉桥静、动风性能分析及影响因素研究
| 论文题名： | 某汉江斜拉桥静、动风性能分析及影响因素研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;三分力系数;涡激振动;颤振稳定性;动风性能 |
| 摘要： | 随着桥梁理论知识的不断提高以及跨越河流、峡谷以及海洋时对桥梁跨度的需求，桥梁设计时，在满足安全的基础上越来越倾向于采用轻柔和大跨度的结构形式。这种大跨度桥梁由于跨径的增大以致结构刚度不断下降，而结构的轻柔致使其对外部风环境十分敏感，目前风致桥梁振动问题已经成为大跨桥梁施工及运营阶段抗风设计必须着重考虑的控制因素。因此本文以一座某拟建主跨跨径为370m的双塔双索面汉江斜拉桥为工程背景，对该大跨度斜拉桥的静、动风性能以及影响因素进行研究，旨在为汉江大桥的初步抗风设计提供一定参考依据。本文主要进行如下几个方面的工作： （1）通过ANSYSAPDL建立了汉江大桥三维有限元动力模型并进行动力特性的计算，发现与同类跨度的闭口箱形截面斜拉桥相比π型梁断面的斜拉桥扭弯比较小、抗扭刚度不足，结构发生弯扭耦合颤振的可能性较大，反映出对开口π型断面斜拉桥进行抗风分析的重要性。此外计算了主梁单位长度的等效质量，为后期数值模拟提供数据准备。 （2）利用Pointwise软件建立了汉江大桥π型梁断面的二维网格计算模型，借助软件Fluent识别了桥梁π型断面的静风三分力系数，并进一步考虑了不同参数对静风三分力系数的影响。研究发现桥面横坡坡率的变化对阻力系数影响较大，在进行抗风设计时可将无横坡的桥梁断面所得到的三分力系数用于后续抗风分析；成桥状态有护栏工况和施工阶段无护栏工况时的三分力系数差距明显，抗风设计应针对这两个工况分别计算分析；梁高变化在±12.0%以内对该桥梁π型断面的钝性特征影响不大，设计时可以以此范围为基础结合其他因素适当调整梁高。 （3）建立了“刚性运动区域+动网格区域+静止网格区域”的二维网格计算模型，基于松耦合方法将自编Newmark-β计算程序对接Fluent求解桥梁断面的风致涡激振动问题。通过在0°风攻角下对9个风速工况的涡激响应计算，得到了在不同来流风速下该桥梁断面竖向自由度的位移时程曲线以及旋涡脱落频率的变化情况，确定了涡激振动的“锁定”区间，并进一步分析了某完整周期内π梁断面的瞬时涡脱变化以及竖向涡振机理。最后考虑了规范最大允许值1%以内的3组不同结构竖向阻尼比对涡激振动性能的影响，发现该桥的竖向涡振对阻尼比变化不是很敏感。 （4）采用与涡激振动模拟时相同的二维网格计算模型，借助软件Fluent采用分状态强迫振动颤振导数时域法识别颤振导数，然后在此基础上利用MATLAB编写Scanlan二维颤振临界风速计算程序识别了汉江斜拉桥临界风速。通过与桥址处的颤振检验风速对比，发现该桥不易发生颤振毁坏。最后分析了风攻角和桥面横坡坡率对汉江大桥颤振稳定性的影响，研究发现在-5°-5°范围内风攻角的变化对颤振导数H*1、H*2、H*3、H*4影响较大，其中H*2的最大变化量接近50%；在折减风速13以内，0%、1.5%和2%三个桥面横坡坡率的变化对该π型梁断面气动导数的影响不大，与不设桥面横坡的情况相比1.5%和2%横坡坡率的存在提高了该桥的颤振临界风速。 |
| 作者： | 张帅辉 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王向阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
