風(fēng)場模式數(shù)值模擬與大跨橋梁抖振概率評價(jià).pdf

1、橋梁風(fēng)致抖振是一種常見的運(yùn)動形式.在沿海臺風(fēng)多發(fā)地區(qū),極值風(fēng)荷載常常會引起大跨度橋梁的抖振安全問題,因此,有必要在明確工程場地風(fēng)環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對大跨度橋梁進(jìn)行風(fēng)致抖振可靠性評價(jià).橋梁抖振響應(yīng)確定性算法的精度與效率是進(jìn)行概率性評價(jià)的基礎(chǔ).大跨度橋梁風(fēng)致抖振涉及的因素較多,其理論分析較為復(fù)雜,可以把大跨度橋梁抖振響應(yīng)概率評價(jià)過程劃分為多個環(huán)節(jié):自然風(fēng)描述、氣動力表達(dá)、抖振響應(yīng)計(jì)算、可靠性分析.一般需要在完善確定性算法關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上,再

2、進(jìn)行非確定性分析過程.有鑒于此,本文大跨度橋梁抖振概率評價(jià)研究著眼于三個方面的內(nèi)容:進(jìn)行風(fēng)場模式數(shù)值模擬為結(jié)構(gòu)響應(yīng)概率性評價(jià)提供合理的輸入;改進(jìn)氣動力參數(shù)識別理論與試驗(yàn)方法提高概率性評價(jià)結(jié)果的精度;發(fā)展多種評價(jià)方法以相互校核并適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)研究目標(biāo).該文基于現(xiàn)有的大跨度橋梁抖振基本理論和方法,結(jié)合風(fēng)場數(shù)值模擬(良態(tài)和臺風(fēng)氣候模式極值風(fēng)速預(yù)測、脈動風(fēng)場隨機(jī)模擬)、抖振計(jì)算關(guān)鍵問題(氣動導(dǎo)納函數(shù)試驗(yàn)識別)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系可靠度評價(jià)方法(隨機(jī)有

3、限元方法應(yīng)用),建立和發(fā)展了較為全面的大跨度橋梁風(fēng)致抖振概率評價(jià)體系,在完善從脈動風(fēng)、氣動力荷載、結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)諸多環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,分析和研究了氣動導(dǎo)納函數(shù)、重現(xiàn)期和多種隨機(jī)因素(轉(zhuǎn)動慣量、彈性模量、截面面積和抖振力荷載)共同作用對于大跨度橋梁抖振失效概率的影響.最后,以東海大橋抖振概率評價(jià)為主算例,完成了風(fēng)場模擬、氣動力參數(shù)識別、多種概率評價(jià)方法運(yùn)用等系列工作,在此基礎(chǔ)之上,該文得出如下一些主要結(jié)論:1)臺風(fēng)氣候模式中陣風(fēng)因子、風(fēng)速剖面具

4、有不同于良態(tài)氣候模式的特征,其極值風(fēng)速預(yù)測結(jié)果亦與規(guī)范值有較大差異,亟待進(jìn)一步開展適應(yīng)我國沿海地區(qū)大跨高聳結(jié)構(gòu)發(fā)展需要的臺風(fēng)模擬與預(yù)測工作.該文風(fēng)場模擬采用了更多準(zhǔn)確可靠的實(shí)測風(fēng)速資料,極值風(fēng)速估算精度高于規(guī)范和其它近似方法計(jì)算結(jié)果,可以為大跨度橋梁抖振概率評價(jià)提供合理的輸入.2)在導(dǎo)納函數(shù)識別過程中,有必要考慮來流紊流分量互譜函數(shù)的影響.基于等效導(dǎo)納函數(shù)的概念,橋梁斷面導(dǎo)納函數(shù)不僅與節(jié)段模型表面形狀、風(fēng)場紊流度有關(guān),且受來流風(fēng)速、模型

5、攻角等因素的影響.采用精度較高的測壓法試驗(yàn)和改進(jìn)的參數(shù)識別方法,可以穩(wěn)定地獲得橋梁斷面的氣動力參數(shù),改善大跨橋度梁抖振概率性評價(jià)結(jié)果的精度.3)以大跨度橋梁抖振響應(yīng)譜Monte-Carlo模擬進(jìn)行首次超越概率評價(jià),方法簡便可靠,概念清晰,可以作為檢驗(yàn)其它概率評價(jià)方法正確性的依據(jù).4)隨機(jī)有限元大跨度橋梁抖振概率評價(jià)方法,是一種全概率設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的可靠性分析方法,可以涵蓋隨機(jī)變量的分布函數(shù),提供更多的系統(tǒng)行為信息,定量化地評測不確定參數(shù)對于系