基于ANSYS的大跨度四塔懸索橋風(fēng)致顫振及抖振研究.pdf

1、20世紀(jì)以來(lái)，現(xiàn)代懸索橋的建設(shè)取得了巨大成就。進(jìn)入21世紀(jì)，世界橋梁工程進(jìn)入了跨海連島工程的新時(shí)期，多塔連跨懸索橋作為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)連續(xù)跨越的理想方案方興未艾。三塔懸索橋是從傳統(tǒng)雙塔懸索橋向多塔懸索橋發(fā)展的一次飛躍，中塔的引入使得其動(dòng)靜力特性較之兩塔懸索橋更加復(fù)雜。而對(duì)于四塔以上的大跨度懸索橋，目前還沒(méi)有相關(guān)工程實(shí)例，其在結(jié)構(gòu)體系、中塔選型、抗風(fēng)抗震等方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟需解決。本文以一座大跨度四塔懸索橋?yàn)檠芯勘尘?，結(jié)合大型有限元分析軟件AN

2、SYS，緊緊圍繞大跨度多塔懸索橋風(fēng)致抖振和顫振兩個(gè)研究熱點(diǎn)展開了系統(tǒng)研究，研究?jī)?nèi)容涉及四塔懸索橋有限元建模、動(dòng)力特性分析、風(fēng)場(chǎng)模擬、抖振時(shí)域分析以及顫振穩(wěn)定性分析等五個(gè)方面。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)大跨度四塔懸索橋有限元建模及動(dòng)力特性分析。根據(jù)所擬定的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將整體結(jié)構(gòu)離散為橋面系統(tǒng)、主塔系統(tǒng)、主纜系統(tǒng)和吊桿系統(tǒng)4個(gè)部分進(jìn)行模擬，基于ANSYS建立了該橋的三維有限元計(jì)算模型。采用Block Lanczos法獲得了該橋

3、的模態(tài)頻率和振型，并對(duì)前30階模態(tài)進(jìn)行了較為深入的分析。進(jìn)一步地，重點(diǎn)研究了包括主纜矢跨比、恒載集度、主梁剛度以及中塔剛度等結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)該橋動(dòng)力特性的影響。
　　2)大跨度四塔懸索橋三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)模擬。根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)形式及振動(dòng)型態(tài)的特點(diǎn)，結(jié)合自然風(fēng)的相關(guān)特性，將三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)簡(jiǎn)化為多個(gè)獨(dú)立的一維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)。運(yùn)用諧波合成法并引入FFT技術(shù)，以規(guī)范譜為目標(biāo)譜生成了該橋主梁和主塔上等間距分布作用點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。其次從功率譜與相關(guān)性兩個(gè)方面進(jìn)

4、行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所采用的風(fēng)場(chǎng)模擬方法的有效性和可靠性。
　　3)大跨度四塔懸索橋抖振性能及其影響因素研究。根據(jù)Davenport準(zhǔn)定常理論，將作用于橋梁上的風(fēng)荷載處理為靜風(fēng)力、抖振力和自激力三部分。然后介紹了基于ANSYS的抖振時(shí)域分析方法，并對(duì)該四塔懸索橋的抖振性能進(jìn)行了詳細(xì)分析，深入分析了主梁、主纜以及主塔等構(gòu)件的抖振響應(yīng)特征，并探討了氣動(dòng)自激力、風(fēng)譜模型以及主梁剛度、矢跨比、中塔剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)抖振性能的影響