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文檔簡介
1、隨著公路橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展,越來越多的大跨徑懸索橋出現(xiàn)在西部山區(qū),其主梁寬度也在不斷增大,出現(xiàn)了比較少見的寬體式扁平鋼箱梁。寬體式扁平鋼箱梁因能夠大大緩解交通壓力而成為公路橋梁發(fā)展的一個新趨勢?;诖?,本文以位于西部典型山區(qū)城市重慶市的寸灘長江大橋為工程背景,采用現(xiàn)場實測、風(fēng)洞試驗、理論分析和數(shù)值計算相結(jié)合的方法,對橋址處風(fēng)環(huán)境特性及參數(shù)、西部山區(qū)風(fēng)下橋梁的抖振響應(yīng)、寬體式扁平鋼箱梁和風(fēng)—汽車—橋梁系統(tǒng)的氣動力性能、風(fēng)—汽車—橋梁系統(tǒng)振
2、動特性進行了研究。主要研究內(nèi)容如下:
?、僭谥貞c市寸灘長江大橋橋址處布置了經(jīng)過改進的風(fēng)速風(fēng)向觀測系統(tǒng),研究了橋址處的風(fēng)特性參數(shù)。發(fā)現(xiàn)橋址處的局域性小氣候特征明顯,主風(fēng)向隨著高度增加發(fā)生了偏移,風(fēng)剖面指數(shù)、三個方向湍流度比值和脈動風(fēng)功率譜與規(guī)范中相比較,存在著較大偏差。橋址處湍流動能在順風(fēng)向有向高頻率段偏移而豎風(fēng)向有向低頻率段發(fā)生偏移的趨勢,并給出了符合橋址處風(fēng)環(huán)境的脈動風(fēng)功率譜。
②通過風(fēng)洞試驗和數(shù)值計算相結(jié)合,對山區(qū)
3、風(fēng)環(huán)境下懸索橋抖振特性的進行了分析。發(fā)現(xiàn)該橋抖振響應(yīng)明顯,風(fēng)攻角對主梁橫向和豎向位移影響較大,對主塔橫向位移影響較小。主塔的橫橋向位移隨著風(fēng)速增加增長幅度較大。該橋在設(shè)計和運營中應(yīng)特別注意考慮抖振力引起的疲勞破壞,抖振特性分析為后續(xù)風(fēng)—汽車—橋梁系統(tǒng)振動的計算打下了基礎(chǔ)。
?、刍陔S機諧和函數(shù)提出了新的三維路面粗糙度函數(shù)。從理論上證明了該函數(shù)為平穩(wěn)零均值正態(tài)分布的函數(shù),通過數(shù)值模擬,對新函數(shù)生成的路面粗糙度的穩(wěn)定性和零均值性進行
4、了驗證,將功率譜密度與標(biāo)準(zhǔn)譜密度相比較,證明了新的三維路面粗糙度模型的可行性和正確性,并對其生成的路面粗糙度具有良好的隨機性進行了證明。
?、芑趯掦w扁平鋼箱梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗研究了風(fēng)速、欄桿透風(fēng)率、橋面粗糙度、大攻角、車型、車輛數(shù)目和車輛間距對主梁氣動力性能的影響,從繞流場特性角度探究了其影響原因和機理。研究結(jié)果表明寬體式扁平鋼箱梁在不同風(fēng)速下靜力三分力系數(shù)值十分接近,雷諾數(shù)影響較小,氣動性能良好。欄桿透風(fēng)率和橋面粗糙度變化對
5、靜力三分力系數(shù)中阻力系數(shù)影響最大、升力系數(shù)次之、力矩系數(shù)最小。攻角和橋面粗糙度發(fā)生變化時,主梁的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)更敏感。大攻角下主梁容易發(fā)生大范圍大振幅渦振,橋面粗糙度越大,渦振響應(yīng)越小。有車工況下的渦振響應(yīng)小于主梁上無車工況下的渦振響應(yīng),隨著車距的減小渦振響應(yīng)逐漸增大。
?、萃ㄟ^車輛振動微分方程編制了風(fēng)—汽車—路面振動系統(tǒng)分析程序,應(yīng)用山區(qū)風(fēng)環(huán)境脈動功率譜,研究了突加側(cè)向陣風(fēng)、有無脈動風(fēng)、不同風(fēng)速及不同車速在三維路面粗糙度上行駛時的車
6、輛響應(yīng)。研究結(jié)果表明:車輛遇到突加側(cè)向陣風(fēng)時會發(fā)生側(cè)向偏移,該偏移隨著風(fēng)速增加而增大。考慮脈動風(fēng)時車輛的側(cè)滑事故臨界風(fēng)速會比不考慮脈動風(fēng)時的臨界風(fēng)速低。車輛的車體側(cè)向位移的極大值、脈動均值、脈動范圍均隨著風(fēng)速提高而增大。車輛的側(cè)向位移和偏航角的響應(yīng)曲線形狀是由風(fēng)速決定的。通過Baker事故模型和所編程序,對路面安全行車進行了計算,給出了行車安全車速。
?、尥ㄟ^汽車—橋梁系統(tǒng)振動方程編制了汽車—橋梁系統(tǒng)振動程序,驗證了程序的正確性
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