大跨度鋼桁架拱橋風(fēng)致振動試驗與仿真研究.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，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)對風(fēng)的敏感性大大增加，風(fēng)致振動對結(jié)構(gòu)施工階段和成橋運營階段的影響變得重要，尤其在對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)細則，不便于鋼桁架

2、拱橋的抗風(fēng)設(shè)計。鋼桁架拱橋剛度大，其顫振和渦激共振通長不控制設(shè)計，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)明珠灣大橋為研究對象，基于節(jié)段模型風(fēng)洞試驗及理論分析手段對大橋的成橋階段和施工階段的靜風(fēng)響應(yīng)及隨機抖振風(fēng)荷載進行了研究。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)致振動的基本理

3、論知識，對前人在大跨度拱橋的抗風(fēng)研究進行了總結(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力特性分析的有限元理論及計算方法，并利用空間系桿結(jié)構(gòu)的有限元模型對明珠灣大橋的結(jié)構(gòu)動力特性進行了分析，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，對明珠灣大橋的主梁和拱肋進行了節(jié)段模型風(fēng)洞試驗，測出了相應(yīng)的靜力三分力系數(shù)，并進行了靜風(fēng)響應(yīng)分析。基于諧波合成法，并考慮風(fēng)速譜隨高度變化的特點，利

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