基于ANSYS的大跨度四塔懸索橋風致顫振及抖振研究.pdf

1、20世紀以來，現(xiàn)代懸索橋的建設(shè)取得了巨大成就。進入21世紀，世界橋梁工程進入了跨海連島工程的新時期，多塔連跨懸索橋作為實現(xiàn)超長連續(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靜力特性較之兩塔懸索橋更加復(fù)雜。而對于四塔以上的大跨度懸索橋，目前還沒有相關(guān)工程實例，其在結(jié)構(gòu)體系、中塔選型、抗風抗震等方面的關(guān)鍵技術(shù)問題亟需解決。本文以一座大跨度四塔懸索橋為研究背景，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致抖振和顫振兩個研究熱點展開了系統(tǒng)研究，研究內(nèi)容涉及四塔懸索橋有限元建模、動力特性分析、風場模擬、抖振時域分析以及顫振穩(wěn)定性分析等五個方面。主要研究內(nèi)容包括:
　　1)大跨度四塔懸索橋有限元建模及動力特性分析。根據(jù)所擬定的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(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個部分進行模擬，基于ANSYS建立了該橋的三維有限元計算模型。采用Block Lanczos法獲得了該橋

3、的模態(tài)頻率和振型，并對前30階模態(tài)進行了較為深入的分析。進一步地，重點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)對該橋動力特性的影響。
　　2)大跨度四塔懸索橋三維脈動風場模擬。根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)形式及振動型態(tài)的特點，結(jié)合自然風的相關(guān)特性，將三維脈動風場簡化為多個獨立的一維脈動風場。運用諧波合成法并引入FFT技術(shù)，以規(guī)范譜為目標譜生成了該橋主梁和主塔上等間距分布作用點的脈動風速時程。其次從功率譜與相關(guān)性兩個方面進

4、行了檢驗，檢驗結(jié)果驗證了本文所采用的風場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準定常理論，將作用于橋梁上的風荷載處理為靜風力、抖振力和自激力三部分。然后介紹了基于ANSYS的抖振時域分析方法，并對該四塔懸索橋的抖振性能進行了詳細分析，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，并探討了氣動自激力、風譜模型以及主梁剛度、矢跨比、中塔剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)抖振性能的影響