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大跨度悬索桥的刚度退化机制与静风稳定性研究
| 论文题名： | 大跨度悬索桥的刚度退化机制与静风稳定性研究 |
| 关键词： | 大跨度悬索桥;紊流场;风场模拟;刚度退化;静风稳定性 |
| 摘要： | 过去，大跨度悬索桥的抗风研究主要集中在结构的动力失稳及抖振响应问题上。而对其在风荷载作用下，由于主缆刚度退化而引起的静力扭转发散现象却未给予同等的重视。近年来风洞试验和研究表明，随着桥梁的长细化，大跨度桥梁很可能发生静风失稳现象。因此，有必要对大跨度悬索桥的静风失稳机理进行全面的研究。 本文在已有研究文献的基础上基于谐波合成法的原理，采用三次均匀样条插值方法实现了大跨度桥梁随机脉动风速的快速模拟。采用动力有限元方法求解了紊流场中大跨度悬索桥的静风稳定问题。进一步完善了大跨度悬索桥结构的刚度退化及扭转发散机制。研究了主缆竖向变形和侧向变形对主缆系统扭转刚度的影响。最后，对大跨度悬索桥的风致响应进行了参数分析。论文的主要工作如下: (1)介绍了大跨度桥梁静风稳定问题的基本概念，综述了大跨度桥梁静风稳定问题的分析理论及其求解思路。 (2)采用谐波合成法并通过三次均匀样条插值方法实现了大跨度桥梁随机脉动风速的快速模拟。 (3)分别采用荷载增量与内外双重迭代相结合的方法（静力有限元法）和动力有限元法求解了均匀流场中大跨度悬索桥的静风失稳临界风速，结果表明:两种方法得出的结果是一致的。 (4)基于梁-索广义模型，推导了主缆系统的广义扭转刚度表达式，并建立系统的广义运动方程，定义了合理的扭转失稳临界风速，并评估了主缆竖向变形和侧向变形对主缆系统刚度退化及桥梁静风稳定性的影响。 (5)采用静力有限元法计算了在均匀流场中西堠门大桥的扭转发散临界风速和临界竖向位移，随后采用动力有限元方法计算了该桥在紊流场中的扭转发散临界风速和临界竖向位移，并运用第五章推导的理论知识来解释这些计算成果。 (6)对大跨度悬索桥的静风稳定性进行了参数分析，主要针对初始风攻角、主缆风荷载、紊流强度、紊流的空间相关性、材料非线性等因素进行探究并评价了这些因素对桥梁风致响应及其静风稳定性能的影响。 |
| 作者： | 吴长青 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 张志田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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