西部山區(qū)寬體式扁平鋼箱梁懸索橋風(fēng)—汽車—橋梁系統(tǒng)振動(dòng)研究.pdf

1、隨著公路橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，越來(lái)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(jiàn)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(gè)新趨勢(shì)?；诖耍疚囊晕挥谖鞑康湫蜕絽^(qū)城市重慶市的寸灘長(zhǎng)江大橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)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(dòng)力性能、風(fēng)—汽車—橋梁系統(tǒng)振

2、動(dòng)特性進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?、僭谥貞c市寸灘長(zhǎng)江大橋橋址處布置了經(jīng)過(guò)改進(jìn)的風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)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(gè)方向湍流度比值和脈動(dòng)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(dòng)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(shì)，并給出了符合橋址處風(fēng)環(huán)境的脈動(dòng)風(fēng)功率譜。
　　②通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，對(duì)山區(qū)

3、風(fēng)環(huán)境下懸索橋抖振特性的進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)該橋抖振響應(yīng)明顯，風(fēng)攻角對(duì)主梁橫向和豎向位移影響較大，對(duì)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(zhǎng)幅度較大。該橋在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)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(dòng)的計(jì)算打下了基礎(chǔ)。
　?、刍陔S機(jī)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(guò)數(shù)值模擬，對(duì)新函數(shù)生成的路面粗糙度的穩(wěn)定性和零均值性進(jìn)行

4、了驗(yàn)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(duì)其生成的路面粗糙度具有良好的隨機(jī)性進(jìn)行了證明。
　?、芑趯掦w扁平鋼箱梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)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(duì)主梁氣動(dòng)力性能的影響，從繞流場(chǎng)特性角度探究了其影響原因和機(jī)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(dòng)性能良好。欄桿透風(fēng)率和橋面粗糙度變化對(duì)

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(shí)，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(wú)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^(guò)車輛振動(dòng)微分方程編制了風(fēng)—汽車—路面振動(dòng)系統(tǒng)分析程序，應(yīng)用山區(qū)風(fēng)環(huán)境脈動(dòng)功率譜，研究了突加側(cè)向陣風(fēng)、有無(wú)脈動(dòng)風(fēng)、不同風(fēng)速及不同車速在三維路面粗糙度上行駛時(shí)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(shí)會(huì)發(fā)生側(cè)向偏移，該偏移隨著風(fēng)速增加而增大?？紤]脈動(dòng)風(fēng)時(shí)車輛的側(cè)滑事故臨界風(fēng)速會(huì)比不考慮脈動(dòng)風(fēng)時(shí)的臨界風(fēng)速低。車輛的車體側(cè)向位移的極大值、脈動(dòng)均值、脈動(dòng)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?zèng)Q定的。通過(guò)Baker事故模型和所編程序，對(duì)路面安全行車進(jìn)行了計(jì)算，給出了行車安全車速。
　　⑥通過(guò)汽車—橋梁系統(tǒng)振動(dòng)方程編制了汽車—橋梁系統(tǒng)振動(dòng)程序，驗(yàn)證了程序的正確性