大跨度鋼桁架拱橋風(fēng)致振動(dòng)試驗(yàn)與仿真研究.pdf

1、鋼桁架拱橋具有受力合理、結(jié)構(gòu)輕巧、施工快捷和便于節(jié)段拼裝的特點(diǎn)，在我國西南部山區(qū)橋梁建設(shè)和沿海地區(qū)跨江橋梁建設(shè)中擔(dān)任著重要角色。由于跨谷跨江的需要，鋼桁架拱橋的跨度一般在300m以上?？缍鹊奶嵘龑?dǎo)致拱橋整體剛度降低，加之鋼拱橋阻尼較小，使得結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)的敏感性大大增加，風(fēng)致振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)施工階段和成橋運(yùn)營階段的影響變得重要，尤其在對(duì)剛度較低的大懸臂施工階段。而現(xiàn)行的《公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范》條文中，沒有給出鋼桁架拱橋抗風(fēng)問題的相關(guān)細(xì)則，不便于鋼桁架

2、拱橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。鋼桁架拱橋剛度大，其顫振和渦激共振通長(zhǎng)不控制設(shè)計(jì)，但由于桁架構(gòu)件多，尤其是施工階段結(jié)構(gòu)整體性較差，其靜風(fēng)荷載及隨機(jī)抖振響應(yīng)問題突出。本論文以沿海地區(qū)廣州市南沙區(qū)明珠灣大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，基于節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)及理論分析手段對(duì)大橋的成橋階段和施工階段的靜風(fēng)響應(yīng)及隨機(jī)抖振風(fēng)荷載進(jìn)行了研究。本文主要工作與取得的成果如下:
　　首先，回顧了國內(nèi)外拱橋的發(fā)展歷史，簡(jiǎn)要地介紹了研究拱橋抗風(fēng)的理論與方法，以及幾種常見的風(fēng)致振動(dòng)的基本理

3、論知識(shí)，對(duì)前人在大跨度拱橋的抗風(fēng)研究進(jìn)行了總結(jié)，提出本文研究的主要內(nèi)容和研究方法。
　　其次，本文介紹了大跨度鋼桁架拱橋的動(dòng)力特性分析的有限元理論及計(jì)算方法，并利用空間系桿結(jié)構(gòu)的有限元模型對(duì)明珠灣大橋的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性進(jìn)行了分析，得到了成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)下的基本振型和頻率。
　　再次，對(duì)明珠灣大橋的主梁和拱肋進(jìn)行了節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)出了相應(yīng)的靜力三分力系數(shù)，并進(jìn)行了靜風(fēng)響應(yīng)分析?；谥C波合成法，并考慮風(fēng)速譜隨高度變化的特點(diǎn)，利

4、用MATLAB編制了實(shí)用的模擬程序，對(duì)明珠灣大橋橋位處的三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了模擬。介紹了抖振的基本理論知識(shí)和基于時(shí)域分析的抖振響應(yīng)理論，并利用Scanlan的準(zhǔn)定常氣動(dòng)力公式計(jì)算了抖振力，對(duì)明珠灣大橋進(jìn)行了抖振響應(yīng)分析。將靜風(fēng)響應(yīng)考慮進(jìn)去，得到了該橋在風(fēng)荷載作用下的總響應(yīng)。
　　最后，對(duì)大跨度鋼桁架拱橋的典型桿件進(jìn)行了渦激共振仿真分析，考慮流固耦合的作用，將振動(dòng)方程的數(shù)值計(jì)算方法編制的UDF嵌入FLUENT軟件中，預(yù)測(cè)了典型桿件可能