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大跨连续刚构桥风荷载数值模拟及空间风致响应研究

作　者: 郭辉
导　师: 于向东
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 刚构桥 悬臂施工 风场模拟 风荷载 风致响应
分类号: U441.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


对于采用悬臂施工的大跨度预应力混凝土双肢薄壁柔性墩刚构桥,风荷载是施工过程中必须考虑的重要影响因素。而最大双悬臂状态是施工过程中最不利抗风状态。本文以主跨为160m的田螺大桥为工程背景,建立了考虑平均风、空间来流三个方向的脉动风及结构尾流中漩涡脱落影响的风场模型。基于该风场模型,给出了风荷载及其响应的计算方法,并对田螺大桥进行了详细的计算。取得了以下几方面的研究成果:1)介绍了桥梁抗风理论的发展过程,重点对中、美、英、日抗风规范进行了比较,并对桥梁平衡悬臂施工阶段风效应研究进展进行了总结归纳。2)基于普林斯顿大学George Deodatis教授提出的改进的谐波合成法,模拟了田螺大桥桥墩及主梁的来流脉动风速以及由漩涡脱落引起的脉动风速,并进行了谱和相关性检验。3)根据田螺大桥结构特点,建立空间风场模型,推导了空间风荷载计算公式。4)根据计算流体动力学理论,利用大型通用有限元软件Ansys中的Flotran模块,计算了田螺大桥施工阶段桥墩及主梁截面的静力三分力系数,并对其变化规律进行了分析。进而得到了桥墩及主梁空间风荷载分布。5)采用影响函数法对桥墩及主梁的静风响应及脉动风中的背景响应进行了分析;通过考虑几阶主要模态分析了脉动风的共振响应。利用峰值因子,建立了背景响应、共振响应与最大响应之间的关系。6)以田螺大桥最大悬臂施工阶段为例研究了空间风荷载作用下左墩墩底的内力响应。计算结果表明,充分考虑风荷载的空间效应是非常必要的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 平衡悬臂施工技术的概念及发展  8-10
  1.2 桥梁抗风理论发展综述  10-16
    1.2.1 桥梁风毁事件的回顾  11-13
    1.2.2 桥梁抗风基础理论的建立  13-14
    1.2.3 现代桥梁抗风理论的发展  14-16
  1.3 各国桥梁抗风规定比较研究  16-21
    1.3.1 中国《公路桥梁抗风设计指南》与《公路桥梁抗风设计规范》比较  16-17
    1.3.2 各国桥梁抗风规定对比研究  17-21
  1.4 平衡悬臂施工阶段风效应研究进展  21-22
  1.5 本文主要研究内容  22-23
第二章 田螺大桥脉动风场的数值模拟  23-42
  2.1 田螺大桥概况  23-24
  2.2 基本风速、设计基准风速的确定  24-25
  2.3 风谱模拟的谐波合成法  25-28
  2.4 田螺大桥风场模拟  28-41
    2.4.1 桥墩的风场模拟  30-35
    2.4.2 主梁的风场模拟  35-39
    2.4.3 漩涡脱落的影响  39-41
  2.5 本章小结  41-42
第三章 田螺大桥最大双悬臂状态风荷载计算理论  42-48
  3.1 风场模型建立及空间风荷载计算公式推导  42-47
    3.1.1 田螺大桥风场模型的建立  42-43
    3.1.2 田螺大桥空间风荷载计算公式推导  43-47
  3.2 本章小结  47-48
第四章 田螺大桥悬臂施工阶段风荷载数值计算  48-75
  4.1 施工阶段田螺大桥气动力特性  48-68
    4.1.1 CFD的求解过程  48-50
    4.1.2 Ansys软件中的CFD模块  50-51
    4.1.3 气动力系数矩阵计算模型  51-53
    4.1.4 桥墩计算结果及分析  53-57
    4.1.5 主梁计算结果及分析  57-63
    4.1.6 气动力系数矩阵  63-68
  4.2 施工阶段田螺大桥空间风荷载  68-74
    4.2.1 桥墩空间风荷载  68-70
    4.2.2 主梁空间风荷载  70-74
  4.3 本章小结  74-75
第五章 田螺大桥悬臂施工阶段空间风荷载内力响应分析  75-92
  5.1 双肢薄壁墩悬臂结构空间风荷载内力响应  75-77
  5.2 墩底最大内力响应  77-79
  5.3 田螺大桥风荷载响应分析  79-90
    5.3.1 田螺大桥动力特性分析  80-83
    5.3.2 田螺大桥几何参数  83-87
    5.3.3 田螺大桥气动参数  87-88
    5.3.4 计算结果  88-90
  5.4 本章小结  90-92
第六章 结语与展望  92-94
  6.1 本文主要研究工作  92-93
  6.2 展望  93-94
附图1 田螺大桥主梁截面编号示意图  94-95
参考文献  95-101
致谢  101-102
攻读硕士学位期间主要的研究成果  102

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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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