山区窄式悬索桥加劲梁断面气动选型数值分析

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1、中围分类号：Ｕ４４８密公开ＵＤＣ：：本校编号讀Ｗ交４乂肇工程硕±学位论文旅文题目：山区窄式悬索桥加劲梁断面聲动选型数值分析一全学号研究生姓名：ｔ：０６１２０１６学校指导教师姓名、博导：刘世忠职称；教授工企业指导教师姓名：刘鹏亮职称；高建筑与上木工程：申请学位工程领域名称２０１５，（Ｍ论义答辩日期２０１５．０６论文提交日期：：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取得的研宛成

2、，果，除了文中特别加标注和致谢之处外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。＾学位论文作者签名：签字日期；＞皮年《月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段巧存、汇编Ｗ供查阅和

3、借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）－／签学位论文作者签名：义至导师签名：字曰期：户＾年《月Ｗ曰签字曰期；＞／ｒ年＾月／户曰工程硕士学位论文山区窄式悬索桥加劲梁断面气动选型数值分析Selectionandnumericalanalysisthestiffeninggirdersectionofpneumaticinmountainnarrowsuspensionbridge作者姓名：贾一全工程领域：建筑与土木工程研究方向：

4、大跨度桥梁理论分析与研究学号：0612016校内教师：刘世忠企业教师：刘鹏亮完成日期：2015.4兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学工程硕士学位论文摘要大跨径悬索桥的几何非线性特点决定了其结构很容易受活荷载作用影响，如车道荷载、风荷载等动力荷载。因此，对于大跨径结构的桥梁，动力性能的分析是必要的，也是设计中的关键步骤。本文以地处甘肃省永靖县内的刘家峡大桥为工程背景，围绕桥梁主梁断面气动分析，在已有的研究工作上，采用以理论分析为基础，利用风洞试验和有限元数值模拟方法对桥梁

5、主梁断面气动性能进行了局部到整体的分析研究。主要工作及研究结论有：（1）归纳整理了刘家峡大桥加劲梁节段风洞试验数据，得出三分力系数随折减风速的变化规律以及8个气动导数，并为后面数值分析提供对比条件。通过风洞节段模型试验测定三分力系数，绘制三分力系数随风攻角变化的曲线图，并分析气动三分力系数与颤振稳定性能之间的关系，从而通过桥梁不同断面的静三分力系数，对其结构断面颤振稳定性进行快速评价和判定。桥梁断面的气动力参数对于桥梁设计选型，以及桥梁结构的安全性和经济性具有重要意义。（2）为了更好的说明桥梁断面气动选型的优

6、劣性，在已有的桥梁主梁断面中选取与刘家峡大桥主梁横截面尺寸相似的钢箱式主梁，其主梁净宽15.6m，高2m。利用MidasFEA中的CFD方法建立主梁断面气动数值模型，研究在几何条件相似的情况下，给定同样的边界条件和分析工况，其断面气动性能的优劣。从提取的三分力系数以及随时间变化的压力场分布图中，综合分析对比，钢桁式加劲梁断面气动性能要好于钢箱式加劲梁。（3）仅从加劲梁节段断面气动数值模拟来说明整个悬索桥的抗风性能是片面的，不完全的。因此建立悬索桥三维空间有限元动力模型，将两种不同截面形式的加劲梁归于桥梁整体结

7、构中，添加边界条件，设定分析工况，对悬索桥整体抗风性能进行分析计算，提取前六阶振动模态。选取桥梁中跨跨中加劲梁作为研究对象，整理分析在风速逐级加载的过程中，加劲梁竖向、侧向以及扭转位移值，并以直观的曲线图列出。在桥梁整体分析中得出，结合刘家峡大桥结构特点，两种截面形式主梁的悬索桥均满足其抗风要求，但选用钢桁式截面加劲梁的抗风性能更强，更适合刘家峡大桥自身特色。（4）在数值模拟桥梁断面气动计算中，有限元MidasFEA中只能进行二维CFD分析，而钢桁式加劲梁是多个杆件组合非闭合式梁，若要确切、精准的模拟该主梁在

8、风场环境中的气动性能，需要一个三维空间模型。目前在ANSYS中有Workbench、FLOTRAN等模块可以进行空气流场的仿真模拟，在工程领域也有很好的实际应用。在数据研究分析中均考虑了大跨径悬索桥结构的受力特点以及刘家峡大桥桥址所处地理环境、季节性气候的影响。加之该桥是西北地区首座大跨径、桥面最窄、国内首个采用大直径钢管混凝土作为桥塔构件等独具的结构特点。I山区窄式悬索桥加劲梁断面气动选型数值分析