大跨度钢管混凝土拱桥风致抖振反应非线性时程分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjh73
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近年来钢管混凝土拱桥在中国桥梁建设中得到了广泛应用,在其向大跨度发展的同时,抗风成为亟需解决的问题.在桥梁施工阶段和成桥运营阶段,风致抖振是不可避免的,这不仅关系到施工的安全,而且影响到成桥状态结构杆件的疲劳和行车舒适度.计算结构的风致抖振的经典方法是频域反应谱法,但该方法只适用于线性系统,而大跨桥梁结构在外界激励下通常表现出几何非线性行为,因此应采用可计入结构的几何非线性影响的时域分析方法.该文根据已有的风速功率谱模拟出具有随机特性的空间脉动风场,以Scanlan理论为基础,建立抖振力模型,对于桥面系的抖振力可考虑风初始攻角和杆件自身转角的影响,对于拱肋抖振力只需计入阻力的作用;该文采用有限元方法对结构进行离散,以几何刚度矩阵的方式考虑轴力和弯矩阵的影响,建立非线性运动方程,在求解过程中考虑大位移的影响;运动方程的求解采用Newmark-β法和Newton-Raphson法.根据所建立的时域抖振分析方法,使用Matlab语言编制相应的求解程序并验证了程序的正确性,对广西三岸邕江大桥进行分析,结果表明:在静风荷载和考虑脉动风的抖振力作用下,钢管混凝土拱桥表现出明显的几何非线性行为,且考虑脉动风的抖振力作用的结构反应明显大于静风荷载反应;脉动风荷载作用下拱肋内力变化幅值较大,尤其对拱脚处拱肋内力的影响;风的初始攻角对桥面的风致振动略有影响.
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