连续刚构双幅桥风致振动气动干扰效应研究

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近年来,我国的交通事业发展迅速,连续刚构双幅桥已成为了常用桥型之一。随着连续刚构双幅桥向大跨、轻柔方向发展,其抗风问题日益凸显。连续刚构双幅桥在施工阶段最大双悬臂状态下抗风能力较差,面对来流作用时会产生复杂的气动干扰效应。目前使用的抗风设计规范中仅考虑孤立结构的响应而忽略周围结构的干扰作用。鉴于此,本文以某连续刚构桥为工程实例,对连续刚构双幅桥风致振动气动干扰效应进行了研究。本文的主要工作及成果有:(1)针对连续刚构双幅桥施工阶段最大双悬臂状态,通过对气弹模型风洞试验数据的处理和分析,得到了不同净间距、风向角、风攻角、顺桥向错位和高差时双幅桥主梁上下游风致振动位移响应。分析66种工况下双幅桥主梁竖向位移响应后得到了各干扰因素对双幅桥风致振动气动干扰效应的影响。结果表明,与单幅桥相比,双幅桥上下游主梁竖向振动响应均有不同程度的降低。净间距、风向角、风攻角、顺桥向错位和高差对双幅桥风致振动干扰效应均有影响,各干扰因素之间存在明显的相关性。(2)考虑连续刚构双幅桥的结构形式和脉动风场特性,对连续刚构双幅桥空间脉动风场进行简化,然后通过谐波叠加法对连续刚构双幅桥空间脉动风场进行了模拟。(3)通过ANSYS有限元分析软件建立了连续刚构单幅桥和双幅桥最大双悬臂状态有限元模型。基于Davenport准定常理论,将风荷载时域化处理。通过引入气动刚度矩阵和气动阻尼矩阵考虑自激力对桥梁结构风致响应的影响。采用瞬态动力分析法对连续刚构单幅桥和双幅桥施工阶段最大双悬臂状态进行了抖振响应时域分析。将数据处理后得到不同工况下干扰效应对单双桥抖振位移响应的影响。结果表明,净间距、风攻角和高差对连续刚构双幅桥上游主梁抖振位移响应的影响不大,对下游主梁抖振位移响应的影响较大。干扰效应对主梁下游抖振横向位移的影响主要表现为遮挡作用,对主梁下游抖振竖向位移的响应主要表现为放大作用。综上所述,气动干扰效应对双幅桥风致振动响应的影响不容忽视,在实际工程设计时需要考虑干扰效应对桥梁结构产生的不利影响。
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