悬索管道桥动力特性及抖振响应研究

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1、国内图书分类号：U448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悬索管道桥动力特性及抖振响应研究（国家自然科学基金资助项目：51778545）年级二〇一五级姓名胡柏远申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师马存明副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U448U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONDYNAMICCHARACTERISTICSANDBUFFETINGRESPONSE

2、OFSUSPENSIONPIPEBRIDGEGrade:CivilEngineering2015Candidate:HuBaiyuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.MaCunmingMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要悬索管道桥是目前一种重要的油气管道跨越形式，一般位于山区峡谷之间，在我国复杂地形西南山区中有

3、较多的工程应用。但由于不是主流公路运输桥梁，对其风致振动研究较少，风洞试验数据也相对比较欠缺。悬索管道桥主梁断面宽度一般很小，且以钢桁架主梁的设计居多，横向刚度偏小是其结构上的特点，导致一般需要额外架设抗风缆来解决其风致振动尤其是抖振问题。本文以位于云南元谋县峡谷之上的勐岗河悬索管道桥为例，系统地对悬索管道桥的抖振响应问题进行了研究，主要进行了以下几个方面的工作：(1)回顾了大气边界层紊流特性的主要特征以及衡量指标，并列出了紊流强度、紊流积分尺度以及风功率谱密度函数的常用计算公式。总结了山区桥址处

4、基准风速的计算方法，结合本文所研究的山区悬索管道桥所在位置，以勐岗河悬索管道桥为例计算了山区桥梁基准风速；(2)介绍了悬索道桥全桥气弹模型的设计原则，并阐述了风洞试验中应遵循的相似关系，以及利用单梁等效代替将桁架梁转化为适合动力特性计算的单梁模型的方法。随后以勐岗河悬索管道桥为例建立了全桥有限元模型进行了动力特性计算。全桥气弹模型试验中使用“U”型弹簧连接桁架加劲梁来模拟主梁刚度，探讨了“U”弹簧的设计原则，分析了各个参数变化时对全桥模态频率的影响，并通过模态实测试验证明了该方法是一种适合于悬索管

5、道桥的全桥气弹模型设计方法；(3)推导了抖振响应频域计算公式，利用风洞实测三分力系数以及颤振导数，以勐岗河悬索管道桥为例进行了在不同攻角、不同风速下抖振响应的数值模拟计算，最后在紊流风场下进行了全桥气弹模型试验，采集了模型的抖振响应数据，并与之前的数值模拟结果相比较，结果表明频域计算方法适用于悬索管道桥的抖振响应数值模拟计算。关键词：悬索管道桥；钢桁梁；石油管道；动力特性；抖振西南交通大学硕士研究生学位论文第II页ABSTRACTSuspensionpipelinebridgeisanimport

6、antformofoilandgaspipelinecrossing,anditisgenerallylocatedbetweenmountainsandcanyons.IthasmanyapplicationsinthemountainousterraininsouthwesternChina.However,itisnotamainstreamroadtransportbridge,thereislessresearchonwind-inducedvibrationofsuspensionpi

7、pelinebridge,andwindtunneltestdataisalsorelativelylacking.Thesectionwidthofthemaingirderofasuspensionpipelinebridgeisgenerallyverysmall,andthedesignofthemaingirderissteelgirderinthegeneral,andthelateralrigidityissosmallthatitsstructuralcharacteristics

8、,resultinginthegeneral,needtoinstalladditionalwindresistantcabletosolveitswind-inducedvibration,especiallybuffetingproblem.Inthispaper,wetaketheMenggangRiversuspensionpipelinebridgeabovetherivercanyoninYunnanasanexampletosystematicallystudythe