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原文传递风场模式数值模拟与大跨桥梁抖振概率评价

论文题名：	风场模式数值模拟与大跨桥梁抖振概率评价
关键词：	大跨度桥梁;风场模拟;气动导数;气动导纳;参数识别;风致抖振;首次超越;Monte-Carlo方法;随机有限元;概率评价
摘要：	桥梁风致抖振是一种常见的运动形式.在沿海台风多发地区,极值风荷载常常会引起大跨度桥梁的抖振安全问题,因此,有必要在明确工程场地风环境特点的基础上,对大跨度桥梁进行风致抖振可靠性评价.桥梁抖振响应确定性算法的精度与效率是进行概率性评价的基础.大跨度桥梁风致抖振涉及的因素较多,其理论分析较为复杂,可以把大跨度桥梁抖振响应概率评价过程划分为多个环节:自然风描述、气动力表达、抖振响应计算、可靠性分析.一般需要在完善确定性算法关键问题的基础上,再进行非确定性分析过程.有鉴于此,本文大跨度桥梁抖振概率评价研究着眼于三个方面的内容:进行风场模式数值模拟为结构响应概率性评价提供合理的输入;改进气动力参数识别理论与试验方法提高概率性评价结果的精度;发展多种评价方法以相互校核并适应不同的设计研究目标.该文基于现有的大跨度桥梁抖振基本理论和方法,结合风场数值模拟(良态和台风气候模式极值风速预测、脉动风场随机模拟)、抖振计算关键问题(气动导纳函数试验识别)、复杂结构体系可靠度评价方法(随机有限元方法应用),建立和发展了较为全面的大跨度桥梁风致抖振概率评价体系,在完善从脉动风、气动力荷载、结构动力响应诸多环节的基础上,分析和研究了气动导纳函数、重现期和多种随机因素(转动惯量、弹性模量、截面面积和抖振力荷载)共同作用对于大跨度桥梁抖振失效概率的影响.最后,以东海大桥抖振概率评价为主算例,完成了风场模拟、气动力参数识别、多种概率评价方法运用等系列工作,在此基础之上,该文得出如下一些主要结论:1)台风气候模式中阵风因子、风速剖面具有不同于良态气候模式的特征,其极值风速预测结果亦与规范值有较大差异,亟待进一步开展适应我国沿海地区大跨高耸结构发展需要的台风模拟与预测工作.该文风场模拟采用了更多准确可靠的实测风速资料,极值风速估算精度高于规范和其它近似方法计算结果,可以为大跨度桥梁抖振概率评价提供合理的输入.2)在导纳函数识别过程中,有必要考虑来流紊流分量互谱函数的影响.基于等效导纳函数的概念,桥梁断面导纳函数不仅与节段模型表面形状、风场紊流度有关,且受来流风速、模型攻角等因素的影响.采用精度较高的测压法试验和改进的参数识别方法,可以稳定地获得桥梁断面的气动力参数,改善大跨桥度梁抖振概率性评价结果的精度.3)以大跨度桥梁抖振响应谱Monte-Carlo模拟进行首次超越概率评价,方法简便可靠,概念清晰,可以作为检验其它概率评价方法正确性的依据.4)随机有限元大跨度桥梁抖振概率评价方法,是一种全概率设计水准的可靠性分析方法,可以涵盖随机变量的分布函数,提供更多的系统行为信息,定量化地评测不确定参数对于系统行为的影响,进而准确、高效地回答了抖振响应超越阈值事件发生的可能性.
作者：	赵林
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	项海帆;葛耀君
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2003
正文语种：	中文