【摘 要】
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随着经济社会的快速发展,为了满足更广大人民群众的出行需要,越来越多的大跨桥梁修建于复杂风环境下的深山峡谷地带。但随着桥梁跨径的逐渐增大,桥梁结构也越来越轻柔,刚度不断减小,结构对风作用更加敏感。此外,根据有关实测数据分析,山区风速是一个随机的非平稳过程,具有较强的非平稳特性,如果仍按照传统平稳风速模型来分析桥梁抖振响应就会引起较大误差。因此,本文基于山区大跨桥梁的非平稳风速模型对模拟出的风速时程进
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随着经济社会的快速发展,为了满足更广大人民群众的出行需要,越来越多的大跨桥梁修建于复杂风环境下的深山峡谷地带。但随着桥梁跨径的逐渐增大,桥梁结构也越来越轻柔,刚度不断减小,结构对风作用更加敏感。此外,根据有关实测数据分析,山区风速是一个随机的非平稳过程,具有较强的非平稳特性,如果仍按照传统平稳风速模型来分析桥梁抖振响应就会引起较大误差。因此,本文基于山区大跨桥梁的非平稳风速模型对模拟出的风速时程进行抖振响应分析,本研究将对山区大跨桥梁抗风设计和安全评估具有指导意义。本文主要开展了以下几方面的工作:(1)利用山区某悬索桥健康监测系统采集到的实测风速时程样本进行风特性分析,构建了山区非平稳风速模型;基于谐波合成法和演变谱理论模拟了该桥处的非平稳脉动风速时程,将形成的风速作了谱估计,并与相应目标谱对比检验其合理性;计算得到的非平稳湍流强度值小于平稳湍流强度值。(2)依据某悬索桥风速仪传感器采集到的实测风速数据和利用小波工具箱中db10小波提取了实测风速时变平均风速趋势项,分析了时变平均风速的时变特性;将实测得到的顺风向和竖向脉动风速样本的脉动功率谱与规范功率谱进行对比分析,验证了利用山区非平稳风速模型来分析山区风速特性的合理性。(3)根据模拟出的非平稳脉动风速和提取的时变平均风速时程,将风荷载时域化处理,基于APDL语言编程将得到风荷载加载到有限元模型中进行抖振响应分析,重点对比分析了平稳脉动风和非平稳脉动风作用下的响应结果,讨论了采用不同小波函数对时变平均风趋势项提取、是否考虑气动导纳、风攻角改变等因素对非平稳抖振响应的影响。结果表明:桥梁的非平稳抖振响应大于平稳抖振响应,且最大值出现在主梁跨中位置,说明了山区等复杂风场地区的风速模型表示为时变平均风和非平稳脉动风速叠加的合理性;采用db10小波函数对时变平均风速的趋势项提取优于其他几类小波函数;如果考虑气动导纳函数对桥梁抖振响应影响则会使结果位移值降低。反之,如果不考虑则会使位移响应值增大,对桥梁抗风设计偏于安全;随着风攻角改变结构非平稳抖振响应也随之变化,且扭转向位移值增加较明显,在实际工程中应该引起重视,必要时须采取一定措施。
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