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《哈尔滨工业大学》 2014年
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大跨悬索桥非平稳抖振位移响应时域分析

陈艳伟  
【摘要】:近几十年来,随着桥梁跨度的逐渐增大,桥梁刚度越来越小,风致振动问题日益凸显,抗风设计已成为桥梁设计必不可少的环节。其中桥梁抖振响应计算经过多年的发展已趋于成熟。然而,近年来有实测风速数据表明,山区复杂地形风环境下,脉动风速具有较强的非平稳特性,不能视为平稳随机过程进行风振响应计算,传统的平稳抖振响应分析已经不能满足此类风环境下的桥梁响应分析了。本文研究复杂风环境下悬索桥的非平稳抖振响应,将风视为非平稳随机过程,分析非平稳风速对位移抖振响应的影响。本研究对山区复杂风环境下的桥梁设计及安全评估具有重要意义。 本文运用谐波合成法合成三维空间多点平稳脉动风速,基于演变谱理论,取调制函数将平稳脉动风速调制形成非平稳风速,并将风速时程进行荷载化处理;建立ANSYS有限元模型,基于APDL语言编制非平稳抖振响应分析程序,采用非平稳风速荷载化结果对主梁、悬索、桥塔、桥墩加载,进行全桥抖振响应时域分析;最后进行非平稳抖振响应参数分析,研究了风攻角、气动导纳、自激力等因素对非平稳抖振响应的影响。结果表明:经过本文选取的调制函数调制后,非平稳风速的湍流强度值与平稳风速相差较大;桥面板的非平稳抖振响应要远大于桥塔的响应,且最大值出现在横桥向的跨中位置附近;风攻角对主梁竖向抖振响应具有较大的影响,对横桥向及转角影响较小,对桥塔几乎没有影响;气动导纳对桥梁抖振响应影响显著:考虑气动导纳后,抖振响应明显降低,表明实际工程中不考虑气动导纳的设计方法是偏于安全的;气动自激力具有发散作用,考虑气动自激力后桥梁抖振响应增幅显著,尤其对主梁竖向响应,甚至起到主导作用;考虑自激力后主梁竖向非平稳抖振响应远远大于不考虑自激力时的情况,实际工程中可采用提高主跨刚度的方式,避免风与结构的耦合振动效应。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U448.25;U441.3

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