斜拉-悬吊桥分离式三箱主梁颤振性能研究

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随着经济的飞速发展以及交通量的日益增长,建造大跨度桥梁的需求随之而来。大跨度柔性桥梁的抗风性能,特别是颤振性能已成为桥梁设计阶段的一个关键控制因素。桥梁主梁的气动性能对桥梁的整体抗风性能有着重要的影响,分离式三箱梁是近些年来学者们提出的一种新的适用于大跨度桥梁的主梁截面,目前逐渐开始被采用在一些沿海大跨度桥梁上。本文针对某斜拉-悬吊协作体系桥的分离式三箱梁断面,对其颤振稳定性的影响因素展开了一系列研究,具体内容如下:(1)对大跨桥梁的发展历程进行了简要介绍,并对桥梁风毁案例和风振类型进行了回顾,综述了颤振导数的相关理论和国内外桥梁颤振研究现状。(2)利用ANSYS有限元软件建立全桥三维模型,得到施工态和成桥态的动力特性,然后设计了分离式三箱梁断面的小比例节段模型,并在风洞中实测颤振临界风速。(3)基于CFD数值模拟技术,用分状态强迫振动法识别得到分离式三箱梁的颤振导数,并深入研究了强迫振动幅值、强迫振动频率与风速的二元性、不同风攻角、不同透风率格栅、不同开槽宽度、不同透风率栏杆等这些参数对分离式三箱梁断面颤振导数的影响程度。(4)介绍了3种颤振临界风速的计算方法,根据这三种方法分别数值计算了+3°攻角分离式三箱梁施工态颤振临界风速,并将三种计算结果与风洞试验结果进行相互验证。然后基于二维二自由度耦合颤振分析法,研究了不同风攻角、不同孔隙透风率中央格栅、不同开槽比以及不同透风率的桥面附属栏杆对分离式三箱梁颤振性能的影响规律,并且深入探讨了各计算工况的颤振驱动机理以及颤振临界状态时主梁颤振形态的变化规律。同时将部分颤振临界风速的数值计算结果与小节段风洞试验实测颤振临界风速进行对比,以说明本文数值模型的可靠性。
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