西部山區(qū)風(fēng)特性參數(shù)及大跨度鋼桁拱橋抖振響應(yīng)研究.pdf

1、鋼桁架拱橋具有結(jié)構(gòu)輕巧、受力合理、便于節(jié)段拼裝和施工快捷等優(yōu)勢，在我國西部溝壑縱橫的山區(qū)橋梁建設(shè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。由于跨越峽谷的需要，拱橋的跨度一般超過300m?？缍鹊奶嵘龑?dǎo)致拱橋整體剛度的下降、阻尼比的減小，使得結(jié)構(gòu)對風(fēng)的敏感性增加，風(fēng)致振動對結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的影響變得重要，尤其對于剛度較弱的懸臂施工階段。而現(xiàn)行《公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范》條文中對于山區(qū)橋梁抗風(fēng)問題未給出相關(guān)的細則，不便于山區(qū)橋梁的抗風(fēng)設(shè)計。論文以位于西部山區(qū)的大寧河

2、特大橋為研究對象，開展了橋位風(fēng)觀測，分析了橋址區(qū)域風(fēng)場分布的規(guī)律。利用現(xiàn)場實測獲得的風(fēng)場特性參數(shù)，參考規(guī)范中的建議風(fēng)譜，擬合了符合橋位區(qū)風(fēng)場特性的風(fēng)譜參數(shù)。利用橋位區(qū)風(fēng)場的風(fēng)譜，開展了大跨度桁架拱橋成橋狀態(tài)、合龍施工態(tài)和最大懸臂施工態(tài)結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)，并與規(guī)范中建議風(fēng)譜的計算結(jié)果進行了對比分析，以檢驗現(xiàn)行規(guī)范對于山區(qū)橋梁抗風(fēng)計算的指導(dǎo)程度。本文的工作主要有以下幾個方面：
　　1）利用C＃程序開發(fā)語言，采用WPF（Windows Pr

3、esentation Foundation）框架開發(fā)了風(fēng)特性觀測和分析處理軟件。程序具有數(shù)據(jù)文件分割處理的功能，能夠快速準(zhǔn)確地對風(fēng)觀測數(shù)據(jù)進行計算分析，輸出風(fēng)場特性參數(shù)，可為橋址處海量的風(fēng)場觀測數(shù)據(jù)的處理工作提供便利的分析工具。
　　2）通過對風(fēng)特性數(shù)據(jù)的分析得到了大寧河峽谷區(qū)橋位處風(fēng)場的分布規(guī)律。橋址處平均風(fēng)速沿高度的變化規(guī)律不符合規(guī)范給出的指數(shù)分布或?qū)?shù)分布。對于西部山區(qū)的這類山地地貌來說，風(fēng)的脈動成分比較大，離拱腳10m高度

4、測得的水平向湍流強度超過了40％，離拱腳90m高度所測得的也可達20%，遠大于規(guī)范中D類地表粗糙度下的參考值。此結(jié)論表明西部山區(qū)的橋梁抗風(fēng)設(shè)計需要考慮大紊流度影響。
　　3）采用數(shù)理統(tǒng)計方法對大橋橋址處的實測風(fēng)速譜進行擬合，得到水平脈動風(fēng)速譜和垂直脈動風(fēng)速譜表達式，發(fā)現(xiàn)該橋橋址處實測脈動風(fēng)速譜與我國橋梁抗風(fēng)規(guī)范中建議使用的脈動風(fēng)速譜存在差異，其低頻段的能量小于規(guī)范風(fēng)譜的值。該現(xiàn)象將直接影響低頻段模態(tài)對抖振共振響應(yīng)的貢獻。
　

5、　4）利用ANSYS有限元分析軟件，建立了大寧河特大橋成橋態(tài)、合龍態(tài)和懸臂施工態(tài)三類空間有限元模型，獲得了結(jié)構(gòu)動力特性。分別利用實測擬合風(fēng)譜和規(guī)范建議風(fēng)譜，開展了三種狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)分析。
　　5）抖振響應(yīng)結(jié)果表明，該橋成橋狀態(tài)的側(cè)向位移較大，豎向和扭轉(zhuǎn)向抖振位移響應(yīng)較小，且跨中位移顯著大于兩側(cè)位移。成橋態(tài)和合龍態(tài)的抖振響應(yīng)主要受到對稱和反對稱模態(tài)共同作用，而最大懸臂施工態(tài)基本只受到對稱模態(tài)影響，其抖振響應(yīng)幅值顯著大于另外兩個

6、狀態(tài)，且其扭轉(zhuǎn)抖振受到的是對稱扭轉(zhuǎn)模態(tài)影響，而非附帶扭轉(zhuǎn)形態(tài)的橫向彎曲模態(tài)影響。
　　6）三種狀態(tài)結(jié)構(gòu)的抖振計算結(jié)果表明，規(guī)范建議風(fēng)譜的計算值要顯著大于現(xiàn)場實測擬合風(fēng)譜的計算值，且在剛度相對較弱的橫向差異較大。通過對比抖振響應(yīng)譜可以進一步發(fā)現(xiàn)，兩類風(fēng)譜對于結(jié)構(gòu)背景響應(yīng)的貢獻是相當(dāng)?shù)模诠舱衲B(tài)的階次和分布上也是一致的；不同的是規(guī)范風(fēng)譜所引起的共振響應(yīng)更大，尤其對于低頻段模態(tài)。計算結(jié)果也表明，現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于抖振計算的條文可以指導(dǎo)山區(qū)大