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薄壁高墩施工阶段风荷载响应分析研究

作　者: 姬志洋
导　师: 管品武
学　校: 郑州大学
专　业: 结构工程
关键词: 风振响应 AR模型 时程分析 临界风速 雷诺数
分类号: U441.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 26次
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内容摘要


随着交通事业发展,高墩大跨度桥梁的建设在我国迅速开展,由于桥墩高度增加,桥墩施工过程抗风安全性成为亟待解决的问题。本文以省道S318线三门峡西张村大桥特高变截面矩形桥墩的施工关键技术研究为工程背景,根据大跨高墩桥梁的施工特点,研究了薄壁高墩施工过程中风荷载的作用原理、风荷载人工时程的模拟、以及高墩风振响应分析的基本理论、计算思路和计算内容,具体有:1.为研究薄壁空心高墩施工阶段风振响应,增加高墩施工阶段的安全性。首先分析高墩施工过程中风荷载的分布、作用机理等,为进一步做抗风分析做理论基础。2.以数值分析软件MATLAB为平台,利用时间序列中线性过滤器法的自回归模型(AR模型)对薄壁高墩施工阶段脉动风荷载进行了人工时程数值模拟,编制相应脉动风荷载时程模拟程序,同时利用残差平方和最小的方法确定最合适AR模型的阶数为4阶。3.借助有限元软件ANSYS,对薄壁高墩施工阶段的结构动力特性进行分析,求出前6阶高墩自振频率和振型;采用频域法和时域法对风振响应进行分析,并对两种方法的计算结果进行对比分析,指出两者对高墩顺风向风振响应计算的优缺点。4.研究薄壁高墩施工阶段横风向涡激共振响应,求出高墩的横风向风振的第一阶和第二阶振型临界风速,并判定前两阶振型的雷诺数范围,还确定高墩横风向共振区高度范围为34.6～83m,利用多质点法求解横风向高墩的结构响应,并与顺风向结果进行对比,指出了横风向响应计算结果偏小的原因。5.通过计算分析高墩施工阶段风振响应效果,为高墩施工安全性提供了技术保障。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章 概述  10-14
  1.1 问题的提出  10
  1.2 国内外风振研究现状概述  10-12
  1.3 本文的课题来源与主要研究工作  12-14
第二章 结构的风荷载  14-23
  2.1 风的基本概念  14-15
  2.2 基本风速和基本风压  15-18
    2.2.1 标准高度的规定  15
    2.2.2 标准地貌粗糙度类别  15-16
    2.2.3 标准重现期  16
    2.2.4 平均风速的时距  16-17
    2.2.5 最大风速的概率分布类型  17-18
  2.3 结构上的平均风压  18-22
    2.3.1 风荷载体型系数  19-20
    2.3.2 风压高度变化系数  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 薄壁高墩风荷载时程数值模拟  23-41
  3.1 脉动风的主要概率特征  23-28
    3.1.1 脉动风功率谱  23-26
    3.1.2 脉动风空间相关函数  26-28
  3.2 脉动风荷载模拟理论  28-33
    3.2.1 自回归模型理论  29-31
    3.2.2 自回归模型模拟风速时程基本过程  31-33
  3.3 薄壁高墩脉动风速时程模拟  33-40
    3.3.1 脉动风荷载基本参数  34-35
    3.3.2 AR模型阶数确定  35-37
    3.3.3 脉动风时程模拟结果  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 薄壁高墩施工阶段顺风向风振响应分析  41-65
  4.1 薄壁空心高墩结构动力特性  41-44
    4.1.1 薄壁空心高墩有限元模型  41-42
    4.1.2 薄壁空心高墩模态分析  42-44
  4.2 风振响应频域与时域分析  44
  4.3 频域内计算高墩顺风向响应  44-55
    4.3.1 频域法基本理论  44-47
    4.3.2 等效静力风荷载振型分解  47-48
    4.3.3 风振动力荷载  48
    4.3.4 我国现行规范风振系数  48-52
    4.3.5 薄壁空心墩顺风向风振响应频域分析  52-55
  4.4 时域内计算高墩顺风向响应  55-64
    4.4.1 瞬态动力学求解方法  57
    4.4.2 瞬态动力学关键问题  57-59
    4.4.3 薄壁空心墩顺风向风振响应时域分析  59-64
  4.5 频域与时域内风振响应结果比较  64
  4.6 本章小结  64-65
第五章 薄壁高墩施工阶段横风向风振响应分析  65-74
  5.1 薄壁空心高墩涡激振动  65-70
    5.1.1 横风向涡激共振现象  65-68
    5.1.2 横风向共振风振力  68-70
  5.2 薄壁空心高墩横风向响应计算  70-73
  5.3 本章小结  73-74
第六章 结论和建议  74-76
参考文献  76-80
致谢  80

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁荷载
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