基于数值模拟的斜拉桥抗风分析

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuni_cn
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现代桥梁朝着高柔度、大跨度的方向发展,使桥梁结构对风荷载的敏感度越来越高,这容易造成桥梁结构损伤,甚至危害桥梁安全。近几十年大跨度斜拉桥和矮塔斜拉桥发展迅速,因此其抗风问题成为备受关注的研究课题。本文回顾了国内外关于桥梁抗风的研究现状,基于数值仿真分析方法,以大连长山大桥为工程实例,提出了一套完整的静风稳定性、脉动风抖振分析及涡激振动分析框架。主要内容如下:1.基于ANSYS软件建立长山大桥主要桥段有限元模型,对桥梁的不同构件采用不同的单元进行模拟。对主桥段模型进行了一期和二期荷载共同作用下的静力分析、模态分析和极限车辆荷载作用下的时程分析,验证模型的可行性。2.基于流体计算软件CFD(Computational fluid dynamics),采用湍流模型Spalart-Allmaras(S.P)模拟计算风攻角在-10°~10°范围内主跨典型梁截面三分力系数的大小。3.基于ANSYS采用增量和牛顿拉普森相结合的方法,对长山大桥进行静风稳定性分析,得出位移随风速的变化曲线及其失稳风速。并利用ANSYS APDL二次开发功能,将命令流分模块储存在宏文件中,简化多次输入的繁琐过程。4.基于谐波合成法基本原理,运用MATLAB编写模拟脉动风场的程序,根据Davenport抖振力模型将脉动风速时程转化为脉动力时程,并通过ANSYS进行抖振时域分析,得出不同脉动风速下主梁关键位置的位移时程,验证该方法的有效性。5.通过Gambit建立桥梁截面流场并划分网格,将涡激振动模型简化为竖向单自由度弹簧体系,利用Runge-kuttta法迭代求解动力学方程,通过CFD动网格宏进行运动传递和网格更新。捕捉得到一个周期内旋涡产生至脱落的全部过程,揭示了长山大桥主梁截面的脱涡机制;找到该桥易产生涡激共振的不利风速和脱涡频率,为评价该桥的抗风性能提供一定的参考依据。
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