大跨度斜拉桥非线性振动试验研究

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1、学校代号10532学号B11010032分类号O322密级公开博士学位论文大跨度斜拉桥非线性振动试验研究学位申请人姓名孙测世培养单位土木工程学院导师姓名及职称赵跃宇教授学科专业桥梁与隧道工程研究方向大跨度桥梁非线性动力学论文提交日期2015年7月2日学校代号：10532学号：B11010032密级：公开湖南大学博士学位论文大跨度斜拉桥非线性振动试验研究（国家自然科学基金项目资助编号：11032004）学位申请人姓名：孙测世导师姓名及职称：赵跃宇教授培养单位：土木工程学院专业名称：桥梁与隧道工程论文提交日期：2015年7月2日论文答辩日期：2015年7月5日答辩委

2、员会主席：易伟建教授Experimentalstudyofnonlinearvibrationsoflong-spancable-stayedbridgebySUNCeshiB.E.(ChongqingJiaotongUniversity)2007M.S.(ChongqingJiaotongUniversity)2010AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduat

3、eSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHAOYueyuJuly,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研。究所取得的研巧成果除了文中特别加臥标注引用的巧容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研。巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中１＾＾明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。。作者签名：日期；年月寺日３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，

4、同意学校保留并向国家有关部口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。本人授权湖南大学可＞１＾＾将本学位论文的全部＾或部分内容编入有关数据库进行检索，可＾＞采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于。１．□，在保密＿年解密后适用本授权书２．不保密囚＾＂＂（＞１上相应方框内打Ｖ请在［＾）。导作者签名；日期：年月日！导师签名日期；年月支如ｏｒ灿心争ＩＩＡ大跨度斜拉桥非线性振动试验研究摘要大跨度斜拉桥非线性振动问题，一直是土木和力学领域研究热点课题之一。大跨度斜拉桥是由主梁、主

5、塔和斜拉索组成的组合结构体系。主塔为相对刚性的受压构件，主梁为相对半刚性的压弯构件，斜拉索为只受拉的柔性构件。三者受力不同，力学特性也有明显差异，且相互间存在强烈耦合共振行为，尤其是轻柔的斜拉索易发生大幅非线性振动。为探究斜拉桥耦合共振及斜拉索大幅非线性振动相关现象机理，本文从统计、理论、有限元与试验四方面进行研究。主要工作如下：（1）从统计学角度，研究了斜拉桥主梁和斜拉索力学参数的分布规律和参数间的统计关系。收集了国内数十座主跨大于300m的斜拉桥施工图纸，统计了斜拉索和主梁相关力学参数，探究了各参数所服从的分布规律，研究了部分参数间的统计学关系，确定了各参数

6、满足95%置信度的取值范围，为后续理论分析和试验设计提供实际依据。研究表明：各参数均能良好的服从某统计学分布规律；不同材料主梁相对竖向和横向抗弯刚度无明显差异，而相对轴向刚度和线重明显不同。斜拉桥跨度越大各项刚度和线重均呈减小趋势，该“轻柔”特性使其更易产生大幅振动；随着跨径增大主梁各刚度及重量的变化相互间不成比例，斜拉桥跨越能力增大主要依靠斜拉索体系支撑，然而，一味依靠斜拉索体系又将面临主梁轴向受压强度和稳定性不足的问题。因此，若要进一步提升斜拉桥跨度需采用新结构体系；（2）建立了两端均承受三个方向激励的斜拉索非线性运动方程。基于该方程并结合大跨度斜拉桥常见振

7、型，分别研究了斜拉桥纵向漂移振动，主梁侧向激励和两端水平激励下斜拉索非线性振动特性。研究表明：主梁小幅纵向漂移可有效减小拉索大幅振动，而完全固结或大幅纵向漂移将加剧拉索大幅振动。从减小斜拉索非线性大幅振动出发，大跨度斜拉桥应设计成漂浮或半漂浮体系，并设置合理主梁纵向约束刚度。研究为大跨度斜拉桥设计成漂浮或半漂浮体系提供了非线性动力学依据；强迫振动和参数激励是两种基本激励模式，若斜拉索端部激励沿索轴向分量之和bw及横向分量之和au不变，则斜拉索响应不变；两端水平激励斜拉索仅考虑亚谐波共振时，可将上下端激励幅值叠加，按一端水平激励计算，但若考虑主共振则不能如此简化；

8、（3）试验研究了斜拉索自