大跨悬索桥非线性静风失稳形态机理分析及参数研究

• 作 者: 谢佳利
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 大跨悬索桥 静风稳定性 有限元分析 非线性

随着各项技术的成熟与先进材料的蓬勃发展,悬索桥的设计建造要求跨度更大,结构更轻盈,但与此同时,结构在风荷载作用下的动、静力响应所产生的问题也愈发突出。在国内外风洞试验中,均发现了风致静力响应先于动力响应发生的现象。静力失稳也是大跨悬索桥抗风设计中的关键问题,因此,研究大跨悬索桥在强风作用下的静力行为和失稳规律,对将来大跨桥梁的建造具有较高的实用价值。本文在考虑了结构几何非线性和风荷载非线性的影响下,基于大型有限元分析软件ANSYS,采用风荷载增量和内外两重迭代的方法,编制了可用于大跨悬索桥静风稳定性分析的程序,并结合风洞试验验证了程序的可靠性和稳定性；文中以拟建的某大跨悬索桥为工程背景,利用所编制程序对该桥进行非线性静风稳定全过程分析,揭示了其结构随风速变形的一般规律；其次,本文还探讨了初始风攻角和主梁断面静力参数对大跨悬索桥静风稳定性能的影响；最后对比分析非线性因素的考虑与否对静风稳定性分析的影响。研究结果表明,在考虑了结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,可以较为准确地计算得到大跨悬索桥的静风失稳临界风速及其随风速变形曲线；在静风失稳情况下,大跨悬索桥静风失稳临界风速随攻角的增大而降低,位移大小和位移曲线斜率随攻角增大而增大；横断面的静力参数对静风稳定性影响很大,调整三分力系数使之数值降低且曲线变平滑,可以有效提高静风失稳临界风速且降低失稳发散位移大小,某些情况下可以将静风失稳转化为强度失稳。