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斜风作用下大跨度桥梁颤振性能研究

作　者: 常光照
导　师: 朱乐东；丁泉顺
学　校: 同济大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 大跨度桥梁斜风风偏角风攻角颤振节段模型风洞试验二维颤振分析三维颤振分析
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 232次
引　用: 4次
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内容摘要

在研究风荷载作用下的大跨度桥梁的气动稳定性时，经常假设来风的方向与桥跨正交时是最不利的。因而一般的颤振研究主要集中在法向风这一特殊情况。然而，桥址处的自然风很少与桥轴线相垂直的，而是经常成一偏角。有关研究显示桥梁最低颤振临界风速可能发生在平均风与桥跨成某一偏角的斜风情况。因此为了研究不同断面形式下桥梁的颤振性能，确保大跨度桥梁的抗风安全，有必要进行斜风作用下桥梁颤振性能的研究。本文选取南京长江三桥、柳州红光桥、重庆长江二桥为研究对象，分别针对扁平闭口箱梁断面、扁平开口薄壁断面、双主肋断面等几种典型桥梁主梁断面，通过节段模型风洞试验测量它们在不同风偏角(0°～30°)和不同攻角(-5°～5°)下的颤振导数随约化风速的变化曲线，并研究风偏角对各种典型断面桥梁颤振临界风速的影响。研究发现：扁平箱形断面桥梁的颤振临界风速与风偏角的关系明显地受到风攻角的影响。在0°风攻角情况下，扁平箱形断面流线性好，其颤振性能与平板接近，颤振临界风速随风偏角的增加而增加，用传统的平均风分解方法可以获得较好的结果；而对于非0°风攻角的情况，扁平箱形断面的流线性变差，随着风偏角的增加其颤振临界风速呈起伏变化，最低值一般在斜风的情况下出现，此时，传统的平均风分解方法不再适用。对开口薄壁断面、双主肋断面的试验研究发现，对于具有这种类型主梁断面的桥梁，传统的法向风已不是最不利的工况，需要详细考虑各种风偏角下颤振临界风速，找出最小颤振临界风速，方可偏安全进行桥梁设计。为了更好的验证以上结论，本文以扁平箱梁断面为例，对斜风作用下的桥梁颤振性能进行了二维和三维理论分析，并与实验结果进行了比较，发现最低颤振临界风速都在斜风的情况下出现。最后，关于本论文的内容和问题进行了进一步的讨论，并提出了一些建议和看法。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章概述  11-28
  1.1 引言  11
  1.2 风对桥梁的作用  11-14
    1.2.1 风的静力作用  12
    1.2.2 风的动力作用  12-14
      1.2.2.1 颤振  13
      1.2.2.2 涡振  13
      1.2.2.3 驰振  13-14
      1.2.2.4 抖振  14
  1.3 桥梁颤振的研究方法  14-22
    1.3.1 二维经典耦合颤振理论  14-16
    1.3.2 二维分离流颤振理论  16-18
    1.3.3 三维颤振频域分析  18-20
    1.3.4 三维颤振时域分析  20-22
  1.4 气动导数识别  22-26
    1.4.1 自由振动识别法  22-24
    1.4.2 紊流场随机振动法  24-25
    1.4.3 强迫振动识别法  25-26
  1.5 斜风颤振研究  26-28
第二章扁平闭口箱梁断面桥梁斜风颤振性能研究  28-56
  2.1 引言  28
  2.2 南京长江三桥简介  28-31
  2.3 节段模型试验概况  31-37
    2.3.1 节段模型设计  31-35
    2.3.2 风洞试验概况  35-37
  2.4 施工状态主要试验结果  37-46
    2.4.1 气动导数  37-43
    2.4.2 模型颤振临界风速  43-46
  2.5 成桥状态主要试验结果  46-55
    2.5.1 气动导数  46-52
    2.5.2 模型颤振临界风速  52-55
  2.6 小结  55-56
第三章扁平开口薄壁断面桥梁斜风颤振性能研究  56-71
  3.1 引言  56
  3.2 柳州红光大桥简介  56-57
  3.3 节段模型试验概况  57-60
    3.3.1 节段模型设计  57-60
    3.3.2 风洞试验  60
  3.4.主要试验结果  60-69
    3.4.1 气动导数  60-66
    3.4.2 颤振临界风速  66-69
  3.5 小结  69-71
第四章双主肋断面桥梁斜风颤振性能研究  71-86
  4.1 引言  71
  4.2 重庆长江二桥成桥状态简介  71
  4.3.节段模型试验概况  71-75
    4.3.1 节段模型设计  71-74
    4.3.2 风洞试验  74-75
  4.4.主要试验结果  75-85
    4.4.1 气动导数  75-81
    4.4.2 颤振临界风速  81-85
  4.5.小结  85-86
第五章斜风作用下桥梁颤振分析  86-93
  5.1.二维颤振分析  86-91
    5.1.1 基本原理  86-88
    5.1.2 应用实例  88-91
      5.1.2.1 节段模型颤振分析  88-89
      5.1.2.2 南京三桥二维颤振分析  89-91
  5.2 三维颤振分析  91-92
    5.2.1 方法简介  91
    5.2.2 计算结果  91-92
  5.3 小结  92-93
第六章结论与建议  93-96
  6.1 主要结论  93-94
  6.2 问题和思考  94-96
    6.2.1 模型设计中的问题  94-95
    6.2.2 风洞试验中的问题  95-96
参考文献  96-106
致谢  106-107
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  107

斜风作用下大跨度桥梁颤振性能研究

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