基于ANSYS的三塔懸索橋抖振時域響應(yīng)非線性分析.pdf

1、對于大跨度纜索承重橋梁而言，隨著橋跨不斷增加，結(jié)構(gòu)剛度大幅下降，使得風(fēng)致振動對其安全性的影響尤為重要。目前，通過對橋梁截面進(jìn)行優(yōu)化和提高結(jié)構(gòu)剛度，已經(jīng)基本可以避免大跨橋梁在設(shè)計使用期限內(nèi)發(fā)生風(fēng)致顫振，然而隨著跨度及橋?qū)挼牟粩嘣黾樱沟脴蛄猴L(fēng)致抖振問題變得日益突出，橋梁抖振分析研究也因此成為橋梁風(fēng)工程領(lǐng)域的重要問題之一。
　　本文以在建的主跨為2×1080m泰州大橋為背景，針對該三塔懸索的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用近年來潤揚(yáng)、蘇通等幾座大橋強(qiáng)臺

2、風(fēng)期間的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場補(bǔ)充實測數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合了華東風(fēng)譜模型，并據(jù)此模擬了泰州大橋的三維脈動風(fēng)場。在此基礎(chǔ)上建立了基于ANSYS的大跨度三塔懸索橋時域抖振響應(yīng)分析方法，并進(jìn)行泰州大橋抖振響應(yīng)分析，重點(diǎn)分析了其中的關(guān)鍵影響因素并取得了有益的結(jié)論。研究成果可為大跨度三塔懸索橋的抗風(fēng)設(shè)計及研究提供參考。論文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：
　　(1)基于ANSYS建立了大橋有限元模型，并采用子空間迭代法分析結(jié)構(gòu)動力特性。通過

3、改變加勁梁恒載集度、主纜矢跨比、中央扣設(shè)置、中塔縱向剛度及土-樁-結(jié)構(gòu)作用、橋塔型式等參數(shù)研究了其對該橋動力特性的影響。研究結(jié)果表明：增加加勁梁的恒載集度并不能改善三塔懸索橋的動力性能；矢跨比減小，主梁的側(cè)彎頻率得到增加；中央扣的設(shè)置有利于改善三塔懸索橋的動力特性；A形方案橋的動力特性優(yōu)于人字形的方案橋；
　　(2)采用非線性最小二乘法，對現(xiàn)場實測的強(qiáng)(臺)風(fēng)紊流功率譜密度函數(shù)進(jìn)行擬合，獲得一條符合華東沿海地區(qū)風(fēng)特性的擬合譜曲線，

4、分別以擬合譜和規(guī)范譜為目標(biāo)譜，運(yùn)用諧波合成法，基于Matlab軟件編寫了風(fēng)場模擬程序，獲得了泰州大橋橋址區(qū)三維脈動風(fēng)場，并從譜密度和相關(guān)性兩方面檢驗了風(fēng)場的準(zhǔn)確性。其中針對橋塔的風(fēng)場模擬，考慮了相位角對互譜密度矩陣的影響。
　　(3)利用ANSYS進(jìn)行了大跨度橋梁非線性抖振時域分析，介紹了大跨度橋梁非線性抖振時域分析中三種不同風(fēng)荷載的分析處理方法。其中包括實現(xiàn)氣動自激力的時域化，基于準(zhǔn)定常氣動力模型和非線性動力學(xué)理論，導(dǎo)出與其等價

5、的12階單元?dú)鈩幼枘峋仃嚭蜌鈩觿偠染仃?，在此基礎(chǔ)上將ANSYS中自定義單元Matrix27的剛度或阻尼矩陣描述成風(fēng)速和振動頻率的函數(shù)，以模擬橋面單元?dú)鈩幼枘峋仃嚭蜌鈩觿偠染仃嚒?br>　　(4)采用Matlab和ANSYS進(jìn)行了相應(yīng)的大跨度橋梁非線性時域抖振響應(yīng)分析。分析結(jié)果表明：考慮Liepmann氣動導(dǎo)納函數(shù)的抖振響應(yīng)比不考慮氣動導(dǎo)納的計算結(jié)果要小很多，考慮Davenport氣動導(dǎo)納函數(shù)的抖振響應(yīng)和不考慮氣動導(dǎo)納的計算結(jié)果比較接近；