大跨度桥梁失稳原因分析

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1、大跨度桥梁静风失稳的原因分析Theanalysisofaerostaticstabilityforlong-spanbridges摘要本文综合考虑了静风荷载非线性和结构几何非线性的影响，采用风荷载增量与双重迭代相结合的方法，重点研究大跨度悬索桥静风失稳时及失稳后的形态，以及不同失稳形态的发生机理。通过分别加大三分力系数中某个分量的方式，揭示每个分量对桥梁静风失稳的影响，并进一步探讨结构失稳形态与三分力系数的关联性。对比不同攻角下大跨度悬索桥静风失稳的发展路径，讨论不同攻角区段三分力系数的作用。Abstract：Inthispaper,consideringthenonlinearstat

2、icwindloadsandstructuraleffectsofgeometricnonlinearity,theuseofwindloadincrementanddualiterativemethodofcombining,focusingonlongspansuspensionbridgesformaerostaticstabilityandinstabilityafter,aswellasdifferentlossthemechanismofstablemorphology.Increasedbyone-third,respectively,inthemannerofaforce

3、coefficientcomponents,eachcomponentofthebridgerevealstheinstabilityofstaticwindeffects,andtofurtherexploretherelationshipbetweenmorphologyandstructuralinstabilitythirdscoefficient.Comparisonofdifferentanglesofattacklongspansuspensionbridgesstaticinstabilityofwinddevelopmentpath,angleofattacktodis

4、cusstheroleofdifferentsectionsthirdscoefficient.关键词：失稳形态阻力系数初始风攻击角静风三分力系数多位置平衡Keywords:morphologicalinstabilityinitialwinddragcoefficientofstaticwindangleofattackmorethanone-thirdofthepositionofequilibriumcoefficient一、前言早期的静风稳定性分析基于线性方法进行，通过假定结构不同的失稳形态来计算结构静风失稳风速。《公路桥梁抗风设计规范》中静风稳定验证公式计算就是采用线性方法进行

5、，其中横向屈曲失稳的计算主要只考虑静风荷载中横向风荷载的作用，扭转发散的计算也只考虑了静风荷载中扭转力矩作用。目前已建立的基于非线性有限元的静风稳定性分析方法同时考虑了结构非线性和静风荷载非线性的影响，并能反映静风失稳的发展过程。二、静风荷载的定义静风荷载是指作用在桥梁结构上气动力中的定常部分，主梁上的静风荷载可采用体轴坐标系或风轴坐标系进行表达。体轴系下阻力、升力和风轴系下阻力、升力如图1所示，两坐标系下扭转力矩相同。图1采用体轴坐标系的三分力系数时:转换到结构整体坐标系下进行加载:采用风轴坐标系的三分力系数时:转换到整体坐标系下进行加载:式中:为初始风攻角，为主梁扭转角，为真实攻角，

6、为空气平均动压，分别为主梁的高度、宽度与长度，分别为体轴系荷载对应无量纲阻力系数、升力系数及力矩系数，分别为风轴系荷载对应无量纲阻力系数、升力系数及力矩系数。一、静风稳定性分析方法3.1线性方法早期大跨度悬索桥静风稳定性的计算是基于线性方法进行的，按失稳形态分为横向屈曲和扭转发散两种。通过假定结构侧倾与扭转的失稳模态，将风荷载简化为线性荷载，在小变形线性假定的基础上利用二维模型导出临界风速计算公式。3.2非线性方法大跨度悬索桥为柔性结构，几何非线性效应明显，变形对结构内力平衡方程的影响不能忽略。静风荷载是风攻角的函数，在某一静风荷载作用下桥梁结构发生变形，主梁扭转导致风攻角改变，静风荷载

7、相应地发生变化，因此静风荷载具有非线性。静风稳定性分析控制程序具体流程如下：(1)确定初始风攻角与起始计算风速；(2)由风攻角与风速得到该风速条件下的主梁静风荷载；(3)考虑几何非线性进行内层迭代，得到平衡状态下悬索桥结构位移；(4)位移收敛判断,若不收敛执行步骤(5)，若收敛执行步骤(6)；(5)提取主梁各节点扭转角，根据初始风攻角和主梁扭转角更新静风荷载，重复步骤(3)和(4)；(6)增加风速,重复步骤(2)-(4)。一、引起静