考虑静风非线性效应的特大跨度斜拉桥三维颤振分析

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1、国内图书分类号：U448.27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考虑静风非线性效应的特大跨度斜拉桥三维颤振分析（国家自然基金资助项目：51778545）年级：2015级姓名：李郁林申请学位级别：工学硕士专业：桥梁与隧道工程指导老师：廖海黎教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U448.27U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHREE-DIMENSIONALFLUTTERANALYSISOFSUPERLONGSPANCABLE-STA

2、YEDBRIDGESCONSIDERINGNONLINEAREFFECTOFAEROSTATICGrade:2015Candidate:LiYulinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:BridgeEngineeringSupervisor:LiaoHailiMay，2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要现代斜拉桥朝着超大跨度方向发展，使得颤振成为桥梁设计的重要因素之一，目前大跨度桥梁的颤振分析很少考虑静风非线性效应的影响，根据已有的研究，对于大超度桥梁，尤

3、其是山区桥梁，静风荷载作用下将产生明显的附加攻角，这一因素对于大跨度桥梁颤振稳定性能的影响不可忽视。本文回顾了颤振的发展及研究现状，在已有的三维颤振频域分析理论上，发展了考虑静风非线性效应的三维颤振分析方法。本文的主要研究内容有：⑴基于强迫振动装置，采用分状态强迫振动试验方法测试其自激气动力的时程，并在此基础上提出了8个颤振导数的计算公式，以宽高比40:1的薄平板为例，测试其在0°来流风攻角下的颤振导数，结果与Theodorsen理论解吻合良好，验证了装置的可靠性。在此基础上得到了主跨1020m斜拉桥主梁断面准确的颤振导数，为后续颤振分析提

4、供了准确的气动参数；⑵基于ANSYS软件，编制了用于大跨度斜拉桥的静风非线性效应分析程序，对主跨1020m斜拉桥和主跨1500m的特大跨度概念设计斜拉桥进行了非线性静风响应分析，得到了在初始风攻角分别为0°、3°、5°时，各级风速作用下，主梁各点处的竖向位移、横向位移、扭转角位移（附加攻角）；⑶基于MATLAB软件，编制了用于大跨度斜拉桥三维颤振频域分析程序，并分别对主跨1020m斜拉桥和主跨1500m的特大跨度概念设计斜拉桥进行三维颤振分析，探讨两座斜拉桥在不同初始风攻角下（0°、3°、5°）发生颤振时颤振临界风速的大小、各振型参与情况和

5、各模态能量贡献比；⑷通过引入颤振临界风速的上下界和结构变形预条件矩阵，在大跨度斜拉桥三维颤振频域分析时考虑静风荷载产生的附加攻角，提出了考虑静风非线性效应的三维颤振频域分析方法，并将其程序化，在此基础上对上述两座斜拉桥进行考虑静风非线性效应颤振分析，得到两座斜拉桥在不同初始风攻角下（0°、3°、5°）发生颤振时颤振临界风速的大小、各振型参与情况和各模态能量贡献比；对比分析结果，探讨静风非线性效应对特大跨度斜拉桥三维颤振性能的影响程度，说明了大跨度及特大跨度斜拉桥在进行三维颤振分析过程中考虑静风非线性效应（附加攻角）的必要性。关键词：斜拉桥；

6、强迫振动；颤振导数；非线性；附加攻角；三维颤振分析西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractModerncable-stayedbridgeisdevelopingintoanextralong-span,therefore,flutterhasbecomethecrucialconsiderationindesignofsuspensionbridges.However,theaerostaticeffectisnotfullyconsideredinflutteranalysis,anditisirrefragabletha

7、tthiseffectonlong-spanbridgeflutteranalysiscannotbeignored,anditshouldbesufficientlytakenintoaccount.Thestudyonflutterforlongspanbridgeisreviewedinthisdissertation,andasystematicstudyhasbeencarriedoutontheimperfectionofexistingflutteranalysismethods.Withconsideringtheaeros

8、taticeffects,amorereasonableflutteranalysismethodforlong-spancable-stayedbridgeisproposed