風場模式數(shù)值模擬與大跨橋梁抖振概率評價.pdf

1、橋梁風致抖振是一種常見的運動形式.在沿海臺風多發(fā)地區(qū),極值風荷載常常會引起大跨度橋梁的抖振安全問題,因此,有必要在明確工程場地風環(huán)境特點的基礎上,對大跨度橋梁進行風致抖振可靠性評價.橋梁抖振響應確定性算法的精度與效率是進行概率性評價的基礎.大跨度橋梁風致抖振涉及的因素較多,其理論分析較為復雜,可以把大跨度橋梁抖振響應概率評價過程劃分為多個環(huán)節(jié):自然風描述、氣動力表達、抖振響應計算、可靠性分析.一般需要在完善確定性算法關鍵問題的基礎上,再

2、進行非確定性分析過程.有鑒于此,本文大跨度橋梁抖振概率評價研究著眼于三個方面的內(nèi)容:進行風場模式數(shù)值模擬為結(jié)構(gòu)響應概率性評價提供合理的輸入;改進氣動力參數(shù)識別理論與試驗方法提高概率性評價結(jié)果的精度;發(fā)展多種評價方法以相互校核并適應不同的設計研究目標.該文基于現(xiàn)有的大跨度橋梁抖振基本理論和方法,結(jié)合風場數(shù)值模擬(良態(tài)和臺風氣候模式極值風速預測、脈動風場隨機模擬)、抖振計算關鍵問題(氣動導納函數(shù)試驗識別)、復雜結(jié)構(gòu)體系可靠度評價方法(隨機有

3、限元方法應用),建立和發(fā)展了較為全面的大跨度橋梁風致抖振概率評價體系,在完善從脈動風、氣動力荷載、結(jié)構(gòu)動力響應諸多環(huán)節(jié)的基礎上,分析和研究了氣動導納函數(shù)、重現(xiàn)期和多種隨機因素(轉(zhuǎn)動慣量、彈性模量、截面面積和抖振力荷載)共同作用對于大跨度橋梁抖振失效概率的影響.最后,以東海大橋抖振概率評價為主算例,完成了風場模擬、氣動力參數(shù)識別、多種概率評價方法運用等系列工作,在此基礎之上,該文得出如下一些主要結(jié)論:1)臺風氣候模式中陣風因子、風速剖面具

4、有不同于良態(tài)氣候模式的特征,其極值風速預測結(jié)果亦與規(guī)范值有較大差異,亟待進一步開展適應我國沿海地區(qū)大跨高聳結(jié)構(gòu)發(fā)展需要的臺風模擬與預測工作.該文風場模擬采用了更多準確可靠的實測風速資料,極值風速估算精度高于規(guī)范和其它近似方法計算結(jié)果,可以為大跨度橋梁抖振概率評價提供合理的輸入.2)在導納函數(shù)識別過程中,有必要考慮來流紊流分量互譜函數(shù)的影響.基于等效導納函數(shù)的概念,橋梁斷面導納函數(shù)不僅與節(jié)段模型表面形狀、風場紊流度有關,且受來流風速、模型

5、攻角等因素的影響.采用精度較高的測壓法試驗和改進的參數(shù)識別方法,可以穩(wěn)定地獲得橋梁斷面的氣動力參數(shù),改善大跨橋度梁抖振概率性評價結(jié)果的精度.3)以大跨度橋梁抖振響應譜Monte-Carlo模擬進行首次超越概率評價,方法簡便可靠,概念清晰,可以作為檢驗其它概率評價方法正確性的依據(jù).4)隨機有限元大跨度橋梁抖振概率評價方法,是一種全概率設計水準的可靠性分析方法,可以涵蓋隨機變量的分布函數(shù),提供更多的系統(tǒng)行為信息,定量化地評測不確定參數(shù)對于系