台风区三塔斜拉桥施工阶段抖振响应特性及其防风措施研究

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随着国家经济的发展,斜拉桥在世界范围内的建设得到了快速的进步。同时,为了提高斜拉桥的跨越能力以及获得更佳的经济效益,桥梁工程师们在不断提高斜拉桥的跨径,同时也在将斜拉桥设计成多塔的形式。斜拉桥跨径增大后势必会使得结构刚度和阻尼下降,对风的敏感性增加,在紊流风作用下就不可避免的发生抖振。现代大跨度斜拉桥施工方法通常采用的是悬臂拼装法,随着拼装悬臂长度的增加,结构变得越来越柔,尤其是在施工过程中的最大悬臂施工阶段,较小的刚度和阻尼使得结构对风的作用较成桥阶段更加敏感。在施工阶段抖振响应过大将不能保证施工人员以及机具的安全,严重的甚至会引起结构的直接破坏。本文采用临时墩作为防风措施对某跨海三塔斜拉桥施工阶段抖振响应进行控制,并利用频域法对施工过程的抖振响应进行分析,找出临时墩施加的合理位置及分析临时墩的减振效果。本文的主要研究内容为:1、介绍大跨度斜拉桥施工阶段防风措施研究现状并提出本文所做研究的意义。然后总结了大气边界层紊流相关特性和气动导纳函数识别试验紊流风场的模拟。此外,还介绍了大跨度桥梁抖振分析理论,包括经典抖振力理论、抖振响应的理论分析方法、气动导纳函数等。2、以在建的某跨海三塔斜拉桥为工程背景,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了该跨海三塔斜拉桥边塔和中塔各悬臂施工阶段的有限元模型,并对其动力特性进行分析。基于西南交通大学风洞试验室,测量了背景项目主梁的三分力系数以及气动导数。另外,利用测压法识别了该跨海三塔斜拉桥主梁的气动导纳函数。最后,采用频域法计算得到了该跨海三塔斜拉桥各施工阶段抖振响应随施工悬臂长度的变化规律,并分析了各参数作用下对桥梁结构抖振响应的影响。3、该跨海三塔斜拉桥位于台风区,设计风速高,结构抖振响应大,根据其施工阶段抖振响应研究结果,采用临时墩作为防风措施对其施工过程进行减振分析。对于大跨度斜拉桥悬臂施工过程,当施工到某一悬臂长度但未达到最大悬臂长度时,结构可能已经出现主梁抖振位移响应过大、塔底抖振内力响应超限和施工舒适性不满足要求等问题。为寻找设置临时墩的合理位置,以每一对斜拉索与主梁锚固位置为参考,并结合典型施工阶段划分出了该跨海三塔斜拉桥悬臂施工过程的施工阶段数,其中边塔和中塔悬臂施工阶段分别为25个和24个。通过对各悬臂施工阶段抖振响应进行分析,得到施工过程结构抖振响应随施工悬臂长度变化的规律,进而得出临时墩设置的合理位置,并对临时墩的减振效果进行分析。
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