大跨加勁梁人行懸索橋風(fēng)致穩(wěn)定性研究.pdf

1、大跨人行橋的橋梁選型常常采用懸索橋型式，懸索橋因其跨越能力大、結(jié)構(gòu)受力合理、不需修建橋墩等原因，特別適合在山區(qū)峽谷和需要跨越深水湖泊等處修建。加勁梁式人行懸索橋比柔性主梁人行懸索橋具有更好的安全性與使用舒適性，但是大跨人行懸索橋的加勁梁結(jié)構(gòu)仍然較為纖細(xì)輕柔，加勁梁寬度僅為滿足行人使用要求，一般為2m到5m，寬跨比和高跨比隨著跨度的增加都急劇減小，對行人荷載和風(fēng)荷載都極為敏感，結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性較差，而且往往跨越深切峽谷，橋址風(fēng)環(huán)境惡劣，容

2、易引發(fā)較大振幅的風(fēng)致振動，所以抗風(fēng)設(shè)計(jì)是這類橋梁的重要方面。然而國內(nèi)對人行懸索橋設(shè)計(jì)的專門規(guī)范或者規(guī)范條文都比較少，大跨加勁梁人行懸索橋系統(tǒng)性的抗風(fēng)性能研究也較為匱乏。
　　為了更好的服務(wù)大跨加勁梁人行懸索橋抗風(fēng)設(shè)計(jì)，本文以一座主跨420m加勁梁人行懸索橋?yàn)檠芯勘尘?，分析大跨加勁梁人行懸索橋的氣動性能與風(fēng)致振動特點(diǎn)，在細(xì)致的加勁梁斷面氣動性能研究基礎(chǔ)上，建立大跨加勁梁人行懸索橋抗風(fēng)性能全過程分析，對大跨加勁梁人行懸索橋展開詳致系統(tǒng)

3、的抗風(fēng)穩(wěn)定性研究。
　　設(shè)計(jì)并制作加勁梁節(jié)段風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，測試具有不同風(fēng)嘴型式、橋面開槽、改變欄桿護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)等加勁梁斷面的氣動參數(shù)與風(fēng)振性能，并確定基于抗風(fēng)性能的加勁梁優(yōu)化斷面，提出滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性和施工簡易性的加勁梁斷面一般型式，對大跨加勁梁人行懸索橋進(jìn)行三維非線性靜風(fēng)穩(wěn)定性、渦振、抖振及顫振穩(wěn)定性全面抗風(fēng)性能研究，本文進(jìn)行的主要研究工作有：
　?。?）對大跨加勁梁人行懸索橋采用不同矢跨比、抗風(fēng)纜、中央扣等多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行

4、動力特性對比研究，分析可能出現(xiàn)的高密度行人流及斷面掛冰極端狀態(tài)的動力特性。
　　（2）推導(dǎo)考慮橋梁空間變形的斜風(fēng)風(fēng)荷載表達(dá)式，進(jìn)行考慮斜風(fēng)效應(yīng)的大跨加勁梁人行懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性研究，研究有、無抗風(fēng)纜設(shè)計(jì)方案的靜風(fēng)響應(yīng)及失穩(wěn)形態(tài)，分析大跨加勁梁人行懸索橋的失穩(wěn)發(fā)展路徑與失穩(wěn)機(jī)理，進(jìn)行靜風(fēng)穩(wěn)定性影響參數(shù)研究，進(jìn)行基于靜風(fēng)穩(wěn)定性的加勁梁氣動斷面優(yōu)化。
　?。?）對大跨加勁梁人行懸索橋的渦振性能進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)檢驗(yàn)，對多種加勁梁氣動斷面

5、及斷面極端狀態(tài)進(jìn)行渦振試驗(yàn)研究，進(jìn)行桁片式加勁梁橋面板表面壓力測量，獲取此類加勁梁橋面板的表面壓力分布狀態(tài)，討論此類橋梁發(fā)生渦振的可能狀態(tài)。
　?。?）采用改進(jìn)的諧波合成法基于MATLAB編制空間風(fēng)場模擬程序，模擬橋梁空間結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)場并進(jìn)行有效性檢驗(yàn)；考慮靜風(fēng)附加風(fēng)攻角、抖振力瞬態(tài)風(fēng)攻角等荷載非線性因素及幾何非線性，基于ANSYS編制大跨橋梁三維非線性抖振時(shí)域分析程序；分析大跨人行懸索橋自然狀態(tài)與斷面掛冰極端狀態(tài)的抖振響應(yīng)，進(jìn)行基

6、于抖振性能的加勁梁氣動斷面優(yōu)化研究，進(jìn)行抖振影響參數(shù)研究。
　?。?）對大跨加勁梁人行懸索橋進(jìn)行基于顫振穩(wěn)定性的氣動斷面選型研究；采用加權(quán)最小二乘迭代法識別橋梁斷面自由振動氣動導(dǎo)數(shù)，采用隨機(jī)減量技術(shù)處理高風(fēng)速的振動信號，提高高風(fēng)速區(qū)氣動導(dǎo)數(shù)識別精度；基于ANSYS編制可以考慮靜風(fēng)附加風(fēng)攻角的橋梁全模態(tài)三維顫振分析程序，進(jìn)行顫振影響參數(shù)研究。
　　本研究是對目前大跨人行懸索橋抗風(fēng)性能研究的有益補(bǔ)充和發(fā)展，具有一定的現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用