论文部分内容阅读
大跨度桥梁具有轻柔的结构体系及复杂多样的断面形式,这使得其抗风设计极具挑战性。近年来,我国交通基础设施的建设规模越来越庞大,混合梁斜拉桥的建设规模也随之发展壮大,其抗风稳定性问题也变得越来越突出。因此,如何提高大跨度混合梁斜拉桥的抗风性能已成为一项重大的技术挑战。本文以新建广州南沙港铁路跨龙穴南水道主桥混合梁斜拉桥为工程背景,通过有限元软件Midas Civil建立全桥有限元模型,对桥梁的动力特性进行了计算分析;利用数值模拟技术计算出主梁断面的静力三分力系数,从而对该混合梁斜拉桥的静风稳定性进行分析;最后,对混合梁斜拉桥的颤振稳定性进行了验算和检验。本文的主要工作如下:(1)建立全桥有限元模型,分别在成桥状态和施工最大单悬臂状态下对混合梁斜拉桥进行了动力特性分析,得到了桥梁结构的振型和自振频率,为后续桥梁抗风稳定性分析提供了必要的参数,并且还考虑了辅助墩的设置对桥梁抗风性能的影响。(2)合理选取主梁断面的计算域,首先在ANSYS ICEM CFD中进行了网格划分,然后在Ansys Fluent求解器中求解,最终得到了主梁断面在风轴坐标系和体轴坐标系下的静力三分力系数,为后续桥梁静风稳定性分析提供了准确的数据。(3)分别在±3°和0°风攻角下,对混合梁斜拉桥进行了静风响应计算,研究了在风速从10m/s至100m/s依次递增10m/s的条件下,主梁跨中的横向位移、竖向位移和扭转位移以及桥塔塔顶的顺桥向位移和横桥向位移的变化情况。另外,还考虑了不同初始风攻角下的静风位移响应,最后,对该混合梁斜拉桥进行了静风稳定性验算。(4)采用颤振临界风速的近似计算公式对混合梁斜拉桥在成桥状态和施工最大单悬臂状态下进行了颤振稳定性验算,然后基于经验系数法按照三国不同的抗风规范对斜拉桥颤振稳定性进行了检验。计算结果表明:该混合梁斜拉桥的扭转振型出现较晚,主梁的扭转刚度很大,因此对提高桥梁的抗风性能十分有利;辅助墩的设置可以提高桥梁的抗风稳定性;在设计基准风速下,无论在成桥阶段还是在施工最大单悬臂阶段,混合梁斜拉桥的静风扭转发散临界风速值和颤振临界风速值均远远大于其检验风速值,这就说明桥梁不会发生静风失稳和颤振失稳现象,在施工和运营期间的安全能够得到有效保障。