大跨度斜拉桥风致振动时域分析

【摘要】：大跨度斜拉桥是现代桥梁最具竞争力的桥型之一。随着桥梁跨度、桥面柔性和构造复杂性的增加，大跨度斜拉桥的风致振动研究已经成为桥梁工程界最关心、最具有挑战性的课题之一。 大跨度斜拉桥风致振动研究的目的主要有两个：一是保证结构对发生颤振的临界风速有足够的安全性，即确保结构的抗风稳定性；二是使抖振响应的振幅限制在避免结构疲劳、人感不适及保证高速行车安全等问题的可接受范围内。 为防止颤振进行的大量研究表明，斜拉桥的气动稳定性一般能够通过气动措施得以满足。紊流风引起的抖振响应分析是桥梁抗风设计中的另一个关键问题。 经典的频域反应谱理论为桥梁的抖振分析奠定了基础，但求解方法存在一定的局限性。已有研究表明，抖振响应的时域分析方法能够弥补频域反应谱法的不足，但由于该领域的研究起步较晚，目前的理论和方法还不甚成熟，有待于进一步深入研究。 本文的研究目的是通过对风荷载模型及非线性抖振响应理论的探讨，改进大跨度桥梁抖振响应的时域分析方法，并将此方法应用于香港汀九大桥抖振响应分析。香港汀九大桥是一座三塔四跨高柔性、形式新颖的斜拉桥，对其风致振动特性的研究不仅给大桥的运行监测提供了依据，而且对理解此类桥梁的风振特性也有重要意义。 根据理论分析结果，本文编制了一个大跨度斜拉桥抖振响应分析的三维非线性有限元程序，并对香港汀九大桥进行了抖振响应计算，其结果和全桥模型风洞试验结果吻合较好。 最后，本文对大跨度桥梁在均匀流风场和紊流风场中的气动稳定性问题进行了理论探讨，并对香港汀九大桥在紊流风场中的气动稳定性问题进行了分析计算。