考虑温度效应的索梁结构建模及动力特性研究

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1、学校代号10532学号B0901Z0007分类号O322密级公开博士学位论文考虑温度效应的索梁结构建模及动力特性研究学位申请人姓名赵珧冰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04月26日学校代号：10532学号：B0901Z0007密级：公开湖南大学博士学位论文考虑温度效应的索梁结构建模及动力特性研究（国家自然科学基金重点项目资助编号：11032004）学位申请人姓名：赵珧冰导师姓名及职称：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

2、期：2015年04月26日论文答辩日期：2015年04月29日答辩委员会主席：易伟建教授Temperatureeffectsonmodelingandvibrationpropertiesofcable-stayedstructuresbyZHAOYaobingB.E.(HunanUniversity)2009AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinCivilEngineeringint

3、heGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHAOYueyuApril,2015湘南大学学位论女原创性声明＜二本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立芭于巧所取得的研巧成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本讫三不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的Ｆ究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中炒、明碗方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。。。／作者签名：＜＜：曰期苗年月曰学位论文版坡使巧授巧书本学

4、位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的奠印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据摩进斤检索，可Ｗ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。．保密□，在年解密后适用本授权书＿＿＿２．不保密Ｖ。。’请在相应方框内打Ｖ’（）？。。／作者签名：种曰期：年如日■导师签名曰期：２。／］年。每月。曰／１考虑温度效应的索梁结构建模及动力特性研究摘要大跨度斜拉桥的结构

5、体系通常由加劲梁、支承加劲梁的拉索和支承拉索的索塔组成。一方面，斜拉桥承受的荷载极其复杂，比如：车辆、地震、行人、风和温度等；另一方面，随着新型材料的研发应用以及施工技术和机械的不断发展与进步，斜拉桥跨度被不断刷新，其应用也越来越广。当环境温度发生改变时，桥梁的每一个部分会随着温度升高或降低发生收缩或膨胀。但是结构各个部分之间相互约束，其膨胀和收缩会受到限制，从而导致温度应力的产生。在该应力的影响下，各个构件的动力特性会发生相应改变，从而导致斜拉桥整体动力特性发生改变。已有研究表明：由于温度变化导致的结构振动特性的改变可能会比由于结构

6、损伤或在外荷载作用下导致的结构振动特性的改变还要明显。所以定性和定量地研究温度效应对斜拉桥基本结构线性与非线性振动特性的影响显得尤为重要。因此在广泛查阅国内外相关文献基础上，本文开展以下几个方面的研究工作：（1）将同伦分析法引入非线性运动微分方程的求解中，该方法不依赖于小参数假设，且通过引入辅助参数从而保证计算结果的收敛性。论文以悬索为例，对比和分析诸如Lindstedt-Poincare法、多尺度法以及同伦分析法等方法在求解非线性自由振动和主共振响应的近似解。通过算例定性和定量地阐述了上述几类分析方法的优劣性。结果表明：无论悬索垂度

7、和振幅大小，低阶的同伦分析解都能很好地描述系统的振动特性；不同的分析方法可能得到不同的位移场曲线和索力时程曲线；（2）通过引入温度变化下的热应力平衡状态，探究温度效应对悬索静力学性能的影响，进而推导出悬索非线性动力学方程。接着引入同伦分析法求解相应的运动方程，通过算例探究温度变化对悬索线性和非线性振动特性的影响。研究表明：悬索线性和非线性振动特性受温度效应的影响明显，绝对值相同的升温和降温对其影响不对称；（3）利用直接力法，研究了温度效应对斜拉索静力学性能的影响，进而推导出在端部支承运动激励下斜拉索的运动方程。考虑系统的前四阶模态，通

8、过算例探究温度效应对斜拉索线性和非线性振动特性的影响，并结合有限元软件建立斜拉索模型，验证相关结论。研究发现：温度效应会影响系统的共振响应及能量传递；（4）基于Hamilton变分原理，在梁应力应变关系中引入温度效应的影