考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

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1、第23卷第8期Vol.23No.8工程力学2006年8月Aug.2006ENGINEERINGMECHANICS96文章编号：1000-4750(2006)08-0096-06考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析*12张志田，葛耀君(1.湖南大学风工程试验研究中心，长沙410082；2.同济大学桥梁工程系，上海200092)摘要：提出大跨度桥梁静风稳定性求解的动力有限元方法，在考虑桥梁结构几何非线性与脉动风抖振响应影响的基础上对西堠门大桥与东海大桥的静风稳定性进行了分析，计算结果表明，忽略脉动风抖振影响求出的静风失稳临界风速是偏于保守的。关键词：桥梁；静风稳定；动力有限元；

2、几何非线性；抖振；大跨度中图分类号：TU311.3文献标识码：AAEROSTATICINSTABILITYANALYSISOFLONGSPANBRIDGESINCLUDINGBUFFETINGEFFECT*12ZHANGZhi-tian,GEYao-jun(1.WindEngineeringCenterofHunanUniversity,Changsha410082,China;2.BridgeDepartmentofTongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Putforwardamethodwhichassessesthe

3、aerostaticinstabilityoflongspanbridgesbytheapproachofdynamicfiniteelementanalysis.TheaerostaticinstabilityofXIHOUMENsuspensionbridgeandeastcoastseacable-stayedbridgewhichincludetheeffectsofgeometricnonlinearityandbuffetingareinvestigated.Theanalyticaldatashowsthatneglectingbuffetinginfluenc

4、eleadtoconservativeresult.Keywords:bridge;aerostaticinstability;dynamicfiniteelement;geometricnonlinearity;buffeting;longspan大跨度悬索桥的静风失稳，通常是指悬索桥加式中Kα为结构的扭转刚度，ρ为空气密度，B为桥劲梁在静力风荷载作用下发生的扭转发散现象。风面宽度，CM′0为扭转角为0时升力矩系数对扭转角荷载作用下，随着变形的增加，结构的整体刚度将的导数。式(1)是基于小变形线性理论的结果，忽略了气动力矩随结构变形而变化和扭转角沿桥轴线不断改变；另一方面，

5、随着结构变形的增加，静风不均匀分布的影响，同时也不考虑结构抗力的非线荷载也呈现非线性的增长，即在风速不变的情况性因素以及初始攻角的影响。下，静风荷载也是结构变形的函数。对于加劲梁来文献[1]的方法实际上是一种理想化的第一类说，静风荷载主要受扭转角的影响。当由结构变形稳定问题，在桥梁静风稳定空间有限元分析中，为引起的抗力增量小于外荷载增量时，就会发生结构全面考虑结构与气动力非线性的影响，国内外一些[1]失稳。学者相继对大跨度桥梁的静风稳定问题进行了研文献[1]提出二维节段桥梁结构静力失稳临界究，最早由Boonyapinyo在1994年采用有限位移理风速的简单计算公式：论对大跨度

6、斜拉桥的侧向弯扭屈曲问题做了空间2Kα[2]U=(1)非线性有限元分析。此后，方明山、程进等对大02′ρBCM0[3]跨度桥梁的静风稳定性做了进一步的研究，考虑———————————————收稿日期：收稿日期：2004-07-10；修改日期：2004-12-22基金项目：国家自然科学基金资助项目(50278069)作者简介：*张志田(1974)，男，湖南人，讲师，博士，从事桥梁抗风与抗震研究；葛耀君(1958)，男，上海人，教授，博士，同济大学土木工程防灾国家重点实验室副主任，从事桥梁抗风与防震减灾研究。工程力学97了结构的几何与材料非线性、扭转角沿桥轴线的不122M′(x,

7、t)=ρU(x,t)⋅CM[α0+Δα(x,t)+α(x,t)]⋅B2均匀分布以及初始攻角的影响，采用内增量与外增(3c)量结合的迭代方法建立如下有限元平衡方程：式中ρ为空气密度；U(x,t)为风速，U(x,t)=[K(δ)]{Δδ}={ΔP(δ)}(2)22式中[K{δ}]为结构的切线刚度矩阵，{Δd}为结构位[(U0+u(x,t)]+w(x,t)；CL、CD、CM分别为升移增量向量，{ΔP(δ)}为结构所受外荷载增量向量。力、阻力与升力矩系数；Δa(x,t)=arctg{w(x,t)/[U0+u(x