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斜拉索在风雨链式灾变耦合作用下的动力特性及有限元分析

作　者: 王子健
导　师: 肖盛燮
学　校: 重庆交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 斜拉桥 风雨振动 断链减振措施 应力分布
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
引　用: 1次
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内容摘要


随着近几年斜拉桥的大量修建,拉索的应用越来越广泛。而作为受拉构件的拉索具有较小的质量和极低的阻尼,在风、风雨及桥面振动等激励下极易发生振动,产生涡激共振、尾流驰振、风雨振等,拉索的大幅振动对其使用寿命及桥梁安全运营构成极大威胁,这已成为大跨度斜拉桥急需解决的关键问题之一。因此,研究拉索振动的机理及振动控制措施对斜拉桥的建设和维护具有重要意义。本文通过整桥在风与恒载共同作用下的动态仿真分析对斜拉桥的风雨振动分析理论作了初步探索研究。文中以一典型独塔斜拉桥为工程背景,对整桥在风、自重和最不利的汽车荷载耦合作用下进行了仿真分析。根据拉索的应变及应力状况,以斜拉桥自身为源头进行断链减振,并将斜拉桥断链减振措施通过ANSYS有限元进行了模拟对比分析。分析结果表明相应的断链减振措施是有效的。要分析斜拉桥在风荷载作用下这一复杂的振动过程首先要对其进行有限元分析,有限元分析结果不仅用于指导模型试验,而且可以进行参数分析研究,以弥补模型试验的不足。本文利用ANSYS有限元软件对一典型独塔斜拉桥的拉索在风荷载激励下的响应进行了详细的有限元分析,观察其应变和应力分布情况。针对应变和应力情况采取断链减振措施,并对主要断链措施进行有限元对比分析,比较相同措施不同作用位置以及不同措施之间的优劣性。本文主要工作内容如下:1.建立整桥模型,对静荷载作用下的整桥模型进行模态分析,统计模态分析数据。2.建立风荷载激励和各种恒载共同耦合作用下的有限元模型,结合静荷载作用的模态数据对其进行内力分析。3.通过上述分析的应力和应变情况。在相同荷载作用下对所采取的三种断链减振措施进行有限元对比分析。4.对断链减振措施的对比分析结果做出优劣比较。通过本文的分析结果,得出了一些在风雨作用下断链减振的具体措施,对今后类似斜拉桥的设计、施工及桥梁监控具有一定意义的参考。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 斜拉桥的历史及发展概况  8-11
    1.1.1 我国古代的吊桥  8
    1.1.2 东南亚地区的原始藤竹索桥  8-9
    1.1.3 欧美国家近代斜拉桥的演变  9-10
    1.1.4 斜拉桥的发展  10-11
  1.2 斜拉桥的结构特点  11
  1.3 斜拉桥的发展趋势  11-12
  1.4 多灾种理论研究现状及发展动态  12-13
  1.5 斜拉桥风雨耦合问题的研究现状及发展动态  13-15
  1.6 弱势环节断链减灾机制在桥梁防灾中的应用  15-16
    1.6.1 弱势环节断链  15-16
    1.6.2 斜拉索风雨振动的控制措施  16
  1.7 本文主要研究内容  16-18
第二章 斜拉索风雨振动的链式转演化机理  18-26
  2.1 斜拉索风雨振动的多灾种演化特性  18-22
    2.1.1 多灾种演化的概念  19
    2.1.2 斜拉桥风雨振动演变原理  19-20
    2.1.3 拉索振动的形式  20-22
  2.2 斜拉索风雨振动的理论分析模型  22-26
第三章 风雨振动中能量及作用力的链式转化分析  26-38
  3.1 风雨振是多种灾害性荷载的耦合  26-27
  3.2 风雨振动中能量的链式转化  27-28
  3.3 风雨振动中动力作用的链式转化  28-30
    3.3.1 空气运动的启动力系TP  29
    3.3.2 风雨作用下拉索的动力系SF_1  29-30
    3.3.3 桥身对基础及桥台的动力系数SF_2  30
  3.4 灾种力系转化的普遍性  30
  3.5 ANSYS 中结构动力学分析方法  30-38
    3.5.1 模态分析  30-32
    3.5.2 谐响应分析  32-37
    3.5.3 瞬态动力学分折  37-38
第四章 斜拉桥整体结构有限元分析  38-58
  4.1 工程概述  38
  4.2 材料、截面计算参数  38-45
  4.3 静力状态成桥分析  45-46
  4.4 模态分析  46-48
  4.5 整桥在风荷载作用下的振动分析  48-57
    4.5.1 风荷载模型  49-50
    4.5.2 风荷载分析  50-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章 斜拉索风振动链式弱势环节控制的有限元分析  58-70
  5.1 概述  58
  5.2 改变拉索的类型  58-60
  5.3 设置辅助索  60-70
第六章 结论与建议  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 建议  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目  75

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁振动及减振设备
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