橋梁顫振時(shí)域分析及程序?qū)崿F(xiàn).pdf

1、結(jié)構(gòu)的顫振穩(wěn)定性是影響和控制大跨度橋梁設(shè)計(jì)的重要因素,它直接影響到橋梁在設(shè)計(jì)壽命期的抗風(fēng)安全。目前,橋梁顫振穩(wěn)定分析有頻域和時(shí)域兩類方法。本文主要研究目的是在時(shí)域范圍內(nèi)通過數(shù)值手段建立對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)顫振穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法。
　　 實(shí)現(xiàn)橋梁顫振時(shí)域分析的關(guān)鍵問題在于氣動(dòng)自激力的時(shí)域化。本文在已有研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合Scanlan提出的氣動(dòng)自激力表達(dá)式推導(dǎo)了用于自激力模擬的階躍函數(shù)及有理函數(shù)中相關(guān)參數(shù)的非線性最小二乘擬合原理,并通過數(shù)值

2、方法驗(yàn)證了兩種形式自激力表達(dá)式的一致性。然后采用VC++語(yǔ)言基于面向?qū)ο笏枷脒M(jìn)行了三維顫振時(shí)域分析有限元程序的開發(fā),通過數(shù)值算例驗(yàn)證了本文程序的正確性與有效性。基于階躍函數(shù)算法,在試驗(yàn)測(cè)試山區(qū)峽谷地區(qū)風(fēng)場(chǎng)的基礎(chǔ)上,對(duì)峽谷地區(qū)橋梁顫振穩(wěn)定性進(jìn)行分析。最后,利用商用有限元分析軟件ANSYS平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了時(shí)域顫振分析階躍函數(shù)算法。論文主要工作如下:
　　 (1)系統(tǒng)地綜述了現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)顫振分析理論;
　　 (2)推導(dǎo)了階躍函數(shù)氣

3、動(dòng)自激力模型和有理函數(shù)氣動(dòng)自激力模型及模型參數(shù)的擬合方法。數(shù)值算例表明,這兩種方法所表示的氣動(dòng)自激力可以達(dá)成一致;
　　 (3)介紹了面向?qū)ο笥邢拊治鲋械囊恍╆P(guān)鍵概念。以面向?qū)ο笏枷氩捎肰C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行了三維有限元分析程序的開發(fā),開發(fā)的有限元分析程序具有幾何非線性靜力分析、模態(tài)分析、時(shí)域顫振分析功能;
　　 (4)應(yīng)用本文開發(fā)的有限元分析程序,在風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試山區(qū)峽谷橋梁橋址風(fēng)場(chǎng)基礎(chǔ)上,首先對(duì)階躍函數(shù)參數(shù)進(jìn)行擬合

4、。然后在階躍函數(shù)表達(dá)的顫振自激力基礎(chǔ)上,進(jìn)行橋梁顫振時(shí)域分析,研究了深切峽谷橋梁平均風(fēng)不均勻分布對(duì)顫振穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明考慮峽谷地區(qū)橋梁風(fēng)速沿加勁梁展向的不均勻分布后,橋梁的顫振臨界風(fēng)速明顯高于均勻分布模式下的臨界風(fēng)速。因此,忽略這一特點(diǎn)會(huì)增加橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的難度;
　　 (5)利用商用有限元分析軟件ANSYS的二次開發(fā)平臺(tái),基于階躍函數(shù)算法實(shí)現(xiàn)了橋梁顫振時(shí)域分析。分析表明,基于擬合的氣動(dòng)自激力,在ANSYS三維有限元分析軟件