超高墩大跨T构桥施工阶段抗风研究

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随着当前世界形势的不断复杂变化,以及我国国民经济的高速健康发展,为了跨越山区峡谷,河流,越来越多的高墩大跨桥梁出现。此时的高桥墩大跨度结构展现出柔性特质,易于在风荷载作用下产生各种不利变形,尤其是位于西部山区峡谷的桥梁,由于山区峡谷使风产生加速效应,因此,在超高大跨T构桥施工阶段,有必要对其进行抗风研究。本文以西北高原地区某大桥为依托工程,针对超高墩、大跨度、长达数月冬季停工期的施工特点,研究不同施工阶段,峡谷风作用下的桥梁静力特性和动力效应。下面为本论文主要研究内容:(1)以西北高原地区某大桥为依托工程,收集风致桥梁产生危害的工程案例,研究桥梁与风相互作用的历程,并分析控制风致结构振动所采取的各类措施。(2)通过MidasFea中的CFD二维流场数值模拟模块,对不同风攻角的状态下,T构桥主梁截面气动三分力系数进行数值分析,并对分析结果进行拟合,得到三分力系数随风攻角变化的函数,由此计算零攻角三分力系数导数;并进一步研究主梁的箱梁截面在不同圆角率下,三分力系数的变化,其呈现的规律是:在一定圆角率范围内,随着圆角率增大,三分力系数呈减小趋势。(3)利用Matlab分析软件编写代码,模拟脉动风速时程函数,并且对所得脉动风速时程,进行功率谱和相关性的检验。运用准定常抖振力的计算方法将所得脉动风速时程转成抖振力时程,并利用改进的准定常气动模型计算得到自激力时程。(4)利用MidasCivil建立T构桥施工阶段和成桥阶段模型,进行结构动力特性分析。对比分析静风荷载作用下,主梁横向风荷载同向、反向加载时,所产生的位移,内力响应异同。分析不同风速下,不同悬臂施工阶段时,主梁横桥向产生的位移响应,经过推导,拟合得到与悬臂长度,横桥向位移,风速三者相关的变化公式。基于准定常抖振力模型,进行抖振时域分析,发现脉动风对结构的位移和内力具有明显的放大作用;考虑气动自激力,进行计入自激力的抖振时域分析,发现自激力对结构的内力位移产生的作用较小;对成桥阶段进行抖振时域分析,发现成桥阶段,结构处于稳定体系,风致振动下,产生的位移,内力大幅度下降。(5)基于增加结构构件的振动控制措施,对最大悬臂状态,研究设置两种不同的抗风缆拉设方案的控制效果,发现静阵风作用下和抖振力作用下,位移和内力都有所下降。
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