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大跨度悬索桥缆载吊机抗风性能研究

作　者: 王凌鹏
导　师: 廖海黎
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 缆载吊机刚性模型风洞试验等效静力风荷载时程分析结构抗风验算
分类号: U445.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

缆载吊机作为加劲梁架设的高效设备在大跨度悬索桥的施工建设中有着十分重要的作用。由于缆载吊机处于比桥面风速高出许多的高空,将经常遭遇强风作用,因此其抗风设计参数要显著大于主梁的值。鉴于缆载吊机的安全性直接关系到桥梁的施工进度和施工安全,因此通过风洞试验及计算分析对其抗风性能进行检验及评估是必要的。本论文以西堠门大桥为工程背景,通过风洞试验和计算分析评估了缆载吊机在强风条件下的抗风性能。主要完成了以下几个方面的工作：(1)基于缆载吊机刚性模型,采用四点杆式天平同步测力的方式,通过风洞试验获得了不同工况组合下(不同风向角和风攻角)下吊机三个方向(横桥向、顺桥向和竖向)的风荷载并换算得到体型系数,分析了吊机所受风荷载随风向角和风攻角变化的规律,明确了吊机最不利风荷载工况。(2)应用谐波合成法编制程序对缆载吊机在设计风速时的紊流风场进行了模拟,基于Davenport准定常假设建立了吊机动力风荷载模型。采用有限元分析程序,对其进行了最不利荷载组合的动力风荷载时程分析。(3)在试验得到的体型系数基础上,按照《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004)取对应的静阵风系数得到吊机的静阵风荷载(规范方法),对其进行了静阵风荷载响应分析,并将计算结果与上述时程分析的计算结果作了对比。(4)基于等效静力风荷载概念,提出了线弹性结构等效静力风荷载实用方法。运用此方法计算时,等效目标响应峰值既可以是结构的频域方法分析结果也可以是时域方法分析结果。分别采用实用方法和阵风因子法计算了吊机在设计风速下的等效静力风荷载。(5)对吊机作了结构强度和倾覆稳定性两方面的抗风设计验算,综合分析得出吊机在强风条件下具有良好的抗风性能和足够的安全性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-17
  1.1 论文研究背景  10-11
    1.1.1 大跨度悬索桥主梁吊装施工方法  10
    1.1.2 缆载吊机的运用与地位  10-11
  1.2 风的特性及风对结构的作用  11-14
    1.2.1 平均风特性  12-13
    1.2.2 脉动风特性  13
    1.2.3 风的静力作用  13-14
    1.2.4 风的动力作用  14
  1.3 结构抖振分析方法  14-16
    1.3.1 抖振响应分析频域方法  15
    1.3.2 抖振响应分析时域方法  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第2章缆载吊机风荷载试验研究  17-27
  2.1 缆载吊机简介  17-19
    2.1.1 吊机主要技术参数和指标  17-18
    2.1.2 吊机行走系统概述  18-19
  2.2 吊机刚性模型测力风洞试验  19-22
    2.2.1 试验模型  19-20
    2.2.2 试验设备和试验工况  20
    2.2.3 专用测量系统  20-22
  2.3 试验风荷载和体型系数  22-26
    2.3.1 吊机风荷载规律  22-25
    2.3.2 吊机体型系数  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章缆载吊机抖振计算分析  27-49
  3.1 脉动风场的模拟  27-35
    3.1.1 随机风场模型  27-29
    3.1.2 风场模拟方法  29-32
    3.1.3 缆载吊机风场模拟  32-35
  3.2 吊机动力风荷载时程分析理论  35-41
    3.2.1 风荷载模型  35-37
    3.2.2 动力平衡方程及其求解  37-38
    3.2.3 计算精度和效率控制  38-39
    3.2.4 吊机有限元模型  39-41
  3.3 吊机抖振计算  41-48
    3.3.1 动力风荷载时程分析  41-45
    3.3.2 静阵风荷载响应分析  45-47
    3.3.3 响应结果比较  47-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章缆载吊机等效静力风荷载  49-61
  4.1 结构等效静力风荷载  49-54
    4.1.1 响应的背景和共振分量  49-51
    4.1.2 阵风因子法  51
    4.1.3 荷载组合法  51-53
    4.1.4 两种理论的特点  53-54
  4.2 等效静力风荷载实用方法  54-56
    4.2.1 基本原理  54-55
    4.2.2 方法特点  55-56
  4.3 吊机等效静力风荷载计算  56-60
    4.3.1 实用方法计算  56-57
    4.3.2 阵风因子法计算  57-58
    4.3.3 等效静力风荷载比较  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章缆载吊机抗风设计验算  61-69
  5.1 验算方法和准则  61-64
    5.1.1 强度验算准则  61
    5.1.2 稳定条件和计算假设  61-63
    5.1.3 支腿局部分析模型  63-64
  5.2 吊机抗风设计验算  64-68
    5.2.1 整体强度验算  64
    5.2.2 支腿局部分析  64-66
    5.2.3 倾覆稳定性分析  66-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录  75-78
攻读硕士期间参加的科研项目  78

大跨度悬索桥缆载吊机抗风性能研究

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