论文部分内容阅读
颤振是超大跨度悬索桥的抗风设计的控制因素。本文以主跨2023米的超大跨度悬索桥为研究对象，建立了成桥和典型施工阶段的有限元模型，分别采用强迫振动试验和自由振动风洞试验，获得并验证了不同风攻角下分体式双箱梁主梁断面的颤振导数，进而对结构的成桥状态和典型施工阶段的非线性静风稳定性及考虑非线性静风效应的颤振稳定性开展了计算分析。
论文的主要工作和结论如下:
(1)建立了超大跨度悬索桥有限元模型，计算了成桥状态和施工阶段的结构动力特性，重点分析了施工过程中动力特性随主梁架设推进的变化规律。研究发现，超大跨度悬索桥在23.8%~45.2%和100%施工阶段时，最低阶振动为正对称模态；在55.76%~90.48%施工阶段，最低阶振动为反对称模态；扭弯频率比的变化规律受主梁架设的影响显著。
(2)利用非线性静风响应计算程序，结合风洞试验测得的主梁三分力系数，考虑附加攻角和大缆荷载变化的影响，获得了不同初始风攻角(-3°、0°、3°)下主梁位移、结构动力特性随风速变化的曲线以及静风失稳临界风速。其中-3°、0°、3°初始风攻角下的静风失稳临界风速分别为82.35m/s、121.04m/s、110.39m/s。
(3)通过节段模型风洞试验获得了(-5°~3°)初始风攻角范围内分体式双箱梁的颤振导数，并通过自由振动风洞试验和闭合解计算理论验证了所得颤振导数的正确性，并通过三维颤振分析程序计算了不同初始风攻角(-3°、0°、3°)超大跨度悬索桥成桥状态和施工阶段的颤振临界风速。成桥状态下结构在-3°、0°初始风攻角下的颤振临界风速分别为71.40m/s、84.94m/s，而3°初始风攻角下颤振临界风速高于100m/s；不同施工阶段的颤振临界风速随架设梁段的增加而上升，同一个施工阶段，在3°初始风攻角下结构的颤振临界风速最大，-3°初始风攻角的值最小。
(4)考虑侧向运动和非线性静风效应影响，完成了成桥状态和典型施工阶段的三维颤振分析。计算结果表明，考虑侧向颤振导数与否对超大跨度悬索桥的颤振临界风速影响可忽略；考虑非线性静风效应时，无论成桥状态还是典型施工阶段，在-3°攻角下会降低结构的颤振临界风速，0°攻角下结构的颤振临界风速上升，其中附加攻角改变对结构颤振临界风速影响比结构动力特性改变更显著。
论文的主要工作和结论如下:
(1)建立了超大跨度悬索桥有限元模型，计算了成桥状态和施工阶段的结构动力特性，重点分析了施工过程中动力特性随主梁架设推进的变化规律。研究发现，超大跨度悬索桥在23.8%~45.2%和100%施工阶段时，最低阶振动为正对称模态；在55.76%~90.48%施工阶段，最低阶振动为反对称模态；扭弯频率比的变化规律受主梁架设的影响显著。
(2)利用非线性静风响应计算程序，结合风洞试验测得的主梁三分力系数，考虑附加攻角和大缆荷载变化的影响，获得了不同初始风攻角(-3°、0°、3°)下主梁位移、结构动力特性随风速变化的曲线以及静风失稳临界风速。其中-3°、0°、3°初始风攻角下的静风失稳临界风速分别为82.35m/s、121.04m/s、110.39m/s。
(3)通过节段模型风洞试验获得了(-5°~3°)初始风攻角范围内分体式双箱梁的颤振导数，并通过自由振动风洞试验和闭合解计算理论验证了所得颤振导数的正确性，并通过三维颤振分析程序计算了不同初始风攻角(-3°、0°、3°)超大跨度悬索桥成桥状态和施工阶段的颤振临界风速。成桥状态下结构在-3°、0°初始风攻角下的颤振临界风速分别为71.40m/s、84.94m/s，而3°初始风攻角下颤振临界风速高于100m/s；不同施工阶段的颤振临界风速随架设梁段的增加而上升，同一个施工阶段，在3°初始风攻角下结构的颤振临界风速最大，-3°初始风攻角的值最小。
(4)考虑侧向运动和非线性静风效应影响，完成了成桥状态和典型施工阶段的三维颤振分析。计算结果表明，考虑侧向颤振导数与否对超大跨度悬索桥的颤振临界风速影响可忽略；考虑非线性静风效应时，无论成桥状态还是典型施工阶段，在-3°攻角下会降低结构的颤振临界风速，0°攻角下结构的颤振临界风速上升，其中附加攻角改变对结构颤振临界风速影响比结构动力特性改变更显著。