大跨度钢桁梁悬索桥气动参数研究与抖振时域分析

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1、国内图书分类号：U24密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文大跨度钢桁梁悬索桥气动参数研究与抖振时域分析（国家自然科学基金资助项目，编号：51378443）年级二〇一五级姓名邹明伟申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师郑史雄教授二零一八年四月ClassifiedIndex:U24U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONAERODYNAMICPARAMETERSANDTIME-DOMAINBUFFETINGANALYSISOFLONG-SPANSTEELTRUS

2、SSUSPENSIONBRIDGE(SupportedbyNationalScienceFoundationofChina,GrantNo.51378443)Grade:2015Candidate:MingweiZouAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.ShixiongZhengApril.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向

3、国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）以外轮廓和实面积比作为控制条件，建立桁架主梁不同斜腹杆位置二维模型，利用CFD数值模拟技术进行静力三分力系数计算，并与风洞试验数据结果对比，

4、得到了误差最小的二维等效模型，解决了桁架结构进行其它气动参数研究的模型问题。（2）对桁架主梁在单一频率简谐脉动风场中进行不同风攻角下等效气动导纳数值识别，分析了升力气动导纳和升力矩气动导纳随折减频率的变化规律，为桁架结构气动导纳函数研究提供了一条新的思路。（3）对大跨度公铁两用悬索桥进行三种不同气动导纳函数下抖振时域计算，比较不同工况下桥梁抖振响应，总结了气动导纳函数对抖振响应的影响。本人郑重声明:所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得到的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

5、人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要高铁作为我国现代“新四大发明”之一，俨然成为了中国对外展示又一张靓丽的名片。而铁路桥梁是高速铁路重要组成部分，特别是在跨越大江大河时，建造大跨度桥梁必不可少。其中，桁架加劲主梁是大跨度铁路斜拉桥和悬索桥主梁常选的结构形式，具备结构稳定、安全系数高、能建成双层桥面等优点。然而，桁架结构杆件众多，在对其进行数值仿真时如何准确建模是难以解决的问题，因此有必要对其进行研究。气动导纳函数是桥梁抖振精确化分析关键因素，以往对桁

6、架结构气动导纳函数研究多基于风洞试验，数值风洞研究未见报道，所以有必要进行一些探索。在风致振动研究中，抖振虽然不至于使桥梁坠毁，但对桥梁的耐久性和行车的舒适性会构成不利影响。本文以某大跨度公铁两用钢桁梁悬索桥为研究对象，首先数值模拟了桥位处的风场特性，随后对桁架主梁气动参数进行了风洞试验和数值仿真研究，最后对其成桥状态进行了抖振时域分析。首先，结合桥位处风场特性，利用谐波合成法对主梁、主缆和桥塔进行了风场三维数值模拟。然后，对主梁进行刚性节段模型风洞试验，得到了静力三分力系数。同时，以外轮廓和实面积比作为控制条件，建立了斜腹杆位置不同的主梁二维数值模型，通过数值风洞得

7、到三分力系数，与风洞试验数据进行对比得到等效二维模型。再基于二维等效模型，利用FLUENT的UDF程序生成单一频率简谐脉动风场，对其气动导纳进行数值识别。最后，利用ANSYS建立全桥有限元模型，计算分析其动力特性。通过对该桥进行静风响应和抖振时域计算，分析了脉动风对桥梁的影响。此外，还研究了气动导纳函数对结构位移响应的影响。关键词：公铁两用悬索桥；数值风洞；二维等效模型；气动导纳；时域分析西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsoneofthe"newbigfourinventions"inmodernChina,high-spee