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原文传递大跨度桥梁风致振动控制研究

论文题名：	大跨度桥梁风致振动控制研究
关键词：	大跨度桥梁;小波分析;脉动风场;阻尼器;混合控制;风致振动
摘要：	大跨度桥梁作为交通枢纽和生命线工程，近年来在全世界范围内的研究和建设方兴未艾，然而大跨度桥梁由于具有轻柔的特点，在强烈外荷载的作用下动力响应剧烈。因此，采取有效的措施来抑制大跨度桥梁结构的振动响应，并确保其在长期服役下的安全性、适用性及其耐久性具有重要的研究意义，同时也是广大工程师与科研工作者所面临的现实问题。对于桥梁结构振动响应的控制研究，目前多集中于地震和风振响应控制。本文主要研究大跨度桥梁风致振动控制。风致振动控制的措施主要有气动措施、结构措施和机械措施三种。自1940年美国旧Tacoma桥因风致振动失稳倒塌以来，利用控制措施改善桥梁气动稳定性的研究已引起极大的关注，而出于经济、方便与美观的考虑，在主梁上安装一些气动措施，是振动控制研究的重点。随机脉动风场的模拟是大跨度桥梁颤抖振时域分析的前提。谐波合成法和线性滤波器法是随机过程的Monte Carlo模拟中的传统方法，应用最为广泛。小波分析方法是Fourier分析思想的发展与延拓，能够快速、准确地提取样本的局部谱密度特征，所以它是本文研究随机风场模拟的主要内容。天兴洲长江大桥是世界上第一座四线铁路挢梁，也是世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。这种漂浮体系铁路桥梁在强风作用下主梁会产生大幅侧向振动，严重影响其正常使用。如何使用经济有效的减振措施来降低其风致振动幅值成为桥梁工程的主要问题之一。国内外关于桥梁竖向抖振研究的文献较多，而有关侧向抖振的研究较少，所以以天兴洲大桥作为研究背景，系统地研究该桥主梁侧向抖振响应控制也是本文研究的一个重点内容。本文主要完成了以下几方面的工作：（1）阐述了大跨度桥梁风致振动国内外研究状况，介绍了大跨度桥梁风致振动控制的几种方法，总结了针对主梁断面的几种有效的气动控制措施，证明了气动控制措施对颤振控制的有效性。（2）对苏通长江大桥闭口箱梁进行了CFD分析，提取了不同攻角下的静力三分力系数进行对比分析并通过流场的速度分布图探讨其三分力系数变化的原因。（3）全面分析了不同断面型式对静力三分力系数的影响。在上述基础上，进一步设计了46种不同宽度风嘴、不同宽度导流板、不同中央开槽宽度、不同宽高比、不同透空率栏杆的某悬索桥主梁断面，利用CFD方法分析了风嘴宽度、导流板宽度、中央开槽宽度、主梁宽高比、栏杆透空率对静力三分力系数的影响。通过各种断面对比分析，总结出了采取气动措施对大跨度桥梁静力风荷载的影响，并给出在本文设计中比较合理的断面型式。（4）将小波分析方法应用到随机风场的模拟中，实现了桥址处脉动风场的有效模拟。该方法基于多分辨率分析的思想和Meyer正交小波基，推导了小波系数与功率谱密度函数之间的关系，利用Log-Poisson湍流模型，由已知的功率谱密度函数随机生成各尺度上的小波系数，在拟合目标风速谱的同时引入湍流间歇性，进而由生成的小波系数通过逆变换生成平稳风速时程。（5）建立了天兴洲大桥三维有限元分析模型，并对其动力特性进行了分析；在此基础上，研究了MR阻尼器和流体阻尼器对漂浮体系铁路斜拉桥主梁侧向抖振响应的混合控制。建立了MR阻尼器和流体阻尼器混合控制系统对漂浮体系公铁两用斜拉桥侧向抖振响应的模糊混合控制的设计方法，并将其应用于天兴洲大桥的主梁侧向抖振响应的控制中。
作者：	姜天华
专业：	结构工程
导师：	霍凯成
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文