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大跨度斜拉桥颤振特性风洞试验研究

许宏兵  
【摘要】: 随着现代高强度材料以及设计理论和施工技术的发展,斜拉桥正向大跨、轻柔的方向发展,其刚度和阻尼明显减小,颤振问题已成为斜拉桥设计的关键问题。颤振是一种由风的作用引起的结构物自激振动。颤振的重要特征是存在颤振临界状态,即颤振临界频率和颤振临界风速。 本文主要包括以下内容: 首先,介绍了桥梁颤振的基本理论和桥梁动力特性分析的有限元理论以及计算方法,并采用空间有限元计算模型对全桥的结构动力特性进行了计算。 其次,按照相似理论的要求制作了节段模型、全桥成桥状态气弹模型和最大悬臂状态的气弹模型,经模型的现场模态测试比较实桥的自振特性,并运用近似公式计算了桥梁的颤振临界风速,初步判断了桥梁的颤振稳定情况。 最后,本文以某大跨度斜拉桥为工程背景,通过节段模型静力和动力风洞试验,分别测定了主梁的三分力系数、主梁断面的颤振导数和颤振临界风速。由于该桥的特殊性(风环境复杂、桥梁跨径大等),决定对其进行全桥风洞试验,并通过全桥模型风洞试验(包括成桥状态、最大单悬臂状态和最大双悬臂状态),观察了颤振现象和测定了颤振临界风速。 本次的试验结果表明,当试验风速达到15m/s时,节段模型也没有发生颤振,颤振临界风速换算到实桥风速已达到134m/s,全桥模型的颤振临界风速试验风速达到8m/s时也没有发生颤振,换算到实桥风速已达到98m/s,都远远高于该桥的颤振检验风速[Vcr]=72.2m/s,这说明该斜拉桥颤振稳定性良好。在最不利的两个施工状态(最大双悬臂状态和最大单悬臂状态),换算到实际桥梁的颤振临界风速都远远高于该桥的颤振检验风速,能够确保施工过程中的颤振稳定性。


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