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《西南交通大学》 2002年
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利用短期实际风速记录模拟极值风速及桥梁时域抖振分析

罗雄  
【摘要】: 抖振是桥梁在自然风作用下的一种经常性的、随机的限幅振动。虽说抖振一般不会引起桥梁的整体破坏,但如果处理不好,也会使桥梁局部某些构件产生疲劳破坏,而且过大的抖振振幅也会危及行车和行人的舒适与安全。因此,解决桥梁抖振问题是桥梁界人士共同关心的事。目前,对桥梁抖振研究的一个方面是风场模拟,风场模拟的结果是否与实际相符直接关系到桥梁抖振响应计算结果的准确度。本论文在分析了已有风场模拟方法优缺点的基础上,没有采用已有的风谱,仅用桥址处短期的实际风速时程记录,进而模拟该桥处的实际风场,从而分析桥梁的抖振响应。 本文从实际风速时程记录开始,利用短期(3~5年)连续的10分钟月最大时程记录,在一定保证率下,按照小样本推算极值的方法,推算100年一遇的平均风速以及在此基础上的脉动风时程。这一风场模拟是一个新的尝试,即不依靠已有的风谱,而是利用实际风速时程记录的方法。该法的最大特点是始终与实际相结合(风速记录是实际的、记录的地点是实际的、选择的桥梁是实际的),而分析抖振响应的计算方法是成熟的—有限元法,模拟风场的方法方便、可行。 为了方便对实际桥梁进行线性和非线性时域抖振分析,作者还编制了大型有限元结构计算程序。该程序可对桥梁结构进行线性和非线性、静力和动力响应分析。文中对具体桥梁的计算结果均系利用该程序得出并辅以SAP93软件校核(二者的计算结果相差很小)。 本文的抖振时域分析计算实例是两座具有代表性的大跨度桥梁。其一是广州丫髻沙大桥(方案),该桥为钢管砼拱桥,刚度较大,非线性的影响不大,故不进行非线性分析。对该桥首先进行了自振特性分析,并借此检验所建桥梁计算模型的正确性,其次进行静风响应分析,最后对全桥做线性抖振分析。其二是武汉军山大桥(方案),该斜拉桥中跨跨径为460米,相比而言,其刚度较小,因此,除了与上例进行同样的分析之外,还进行了非线性时域抖振分析。 计算结果显示,桥梁的刚度越大,由于抖振导致的动力放大系数越小;而桥梁的刚度越小,其动力放大系数越大。同时,经非线性分析表明,对军山斜拉桥,非线性的影响不太明显。
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