基于ANSYS的三塔懸索橋抖振時域響應非線性分析.pdf

1、對于大跨度纜索承重橋梁而言，隨著橋跨不斷增加，結構剛度大幅下降，使得風致振動對其安全性的影響尤為重要。目前，通過對橋梁截面進行優(yōu)化和提高結構剛度，已經基本可以避免大跨橋梁在設計使用期限內發(fā)生風致顫振，然而隨著跨度及橋寬的不斷增加，使得橋梁風致抖振問題變得日益突出，橋梁抖振分析研究也因此成為橋梁風工程領域的重要問題之一。
　　本文以在建的主跨為2×1080m泰州大橋為背景，針對該三塔懸索的結構特點，利用近年來潤揚、蘇通等幾座大橋強臺

2、風期間的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場補充實測數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合了華東風譜模型，并據(jù)此模擬了泰州大橋的三維脈動風場。在此基礎上建立了基于ANSYS的大跨度三塔懸索橋時域抖振響應分析方法，并進行泰州大橋抖振響應分析，重點分析了其中的關鍵影響因素并取得了有益的結論。研究成果可為大跨度三塔懸索橋的抗風設計及研究提供參考。論文主要進行了以下幾方面的研究工作：
　　(1)基于ANSYS建立了大橋有限元模型，并采用子空間迭代法分析結構動力特性。通過

3、改變加勁梁恒載集度、主纜矢跨比、中央扣設置、中塔縱向剛度及土-樁-結構作用、橋塔型式等參數(shù)研究了其對該橋動力特性的影響。研究結果表明：增加加勁梁的恒載集度并不能改善三塔懸索橋的動力性能；矢跨比減小，主梁的側彎頻率得到增加；中央扣的設置有利于改善三塔懸索橋的動力特性；A形方案橋的動力特性優(yōu)于人字形的方案橋；
　　(2)采用非線性最小二乘法，對現(xiàn)場實測的強(臺)風紊流功率譜密度函數(shù)進行擬合，獲得一條符合華東沿海地區(qū)風特性的擬合譜曲線，

4、分別以擬合譜和規(guī)范譜為目標譜，運用諧波合成法，基于Matlab軟件編寫了風場模擬程序，獲得了泰州大橋橋址區(qū)三維脈動風場，并從譜密度和相關性兩方面檢驗了風場的準確性。其中針對橋塔的風場模擬，考慮了相位角對互譜密度矩陣的影響。
　　(3)利用ANSYS進行了大跨度橋梁非線性抖振時域分析，介紹了大跨度橋梁非線性抖振時域分析中三種不同風荷載的分析處理方法。其中包括實現(xiàn)氣動自激力的時域化，基于準定常氣動力模型和非線性動力學理論，導出與其等價

5、的12階單元氣動阻尼矩陣和氣動剛度矩陣，在此基礎上將ANSYS中自定義單元Matrix27的剛度或阻尼矩陣描述成風速和振動頻率的函數(shù)，以模擬橋面單元氣動阻尼矩陣和氣動剛度矩陣。
　　(4)采用Matlab和ANSYS進行了相應的大跨度橋梁非線性時域抖振響應分析。分析結果表明：考慮Liepmann氣動導納函數(shù)的抖振響應比不考慮氣動導納的計算結果要小很多，考慮Davenport氣動導納函數(shù)的抖振響應和不考慮氣動導納的計算結果比較接近；