风浪联合作用下大跨度桥梁动力响应频域分析
近年，随着我国“一带一路”倡议和“海洋强国”战略的实施，我国交通工程建设从内陆逐渐发展到近海，大跨度海洋桥梁的建设具有重要的意义。相比于内陆，海洋环境复杂多变，海洋桥梁往往需要面对大风和大浪的侵袭。同时，随着未来海洋桥梁不断向远海延伸，桥梁跨度的不断增加，桥梁整体刚度的下降，桥址区恶劣的风浪条件对大跨桥梁的建设提出了新的挑战。针对风浪联合作用下大跨度海洋桥梁的动力响应问题，有必要建立一种高效、准确的动力性能评估方法，文本进行了以下研究： （1）考虑到风浪联合作用下桥梁动力时域分析效率低下的缺点，本研究基于模态叠加法构建了一种风浪联合作用下桥梁动力响应频域分析方法。该方法同时考虑了气动弹性和水动力效应，采用修正的准定常抖振模型来考虑脉动风对主梁及桥塔的影响，并考虑了气动刚度与气动阻尼；采用基于边界元法的三维绕射理论来计算波浪作用。最后通过模态叠加频域求解得到风浪联合作用下的桥梁响应。 （2）针对提出的风浪联合作用下桥梁动力响应频域分析方法，开展了一系列的验证。以某大尺度圆端型沉井为对象，分别采用解析方法、行业规范、基于边界元方法的绕射理论和CFD（ComputationalFluidDynamics）方法对结构波浪荷载峰值，频谱以及非线性效应进行了计算与比较，验证了输入波浪荷载的准确性；通过风浪联合作用下的直立弹性圆柱模型试验，计算比较顶部位移、底部剪力和力矩的均方根（RMS）验证了频域方法和编写程序的正确性。以某施工阶段的独立桥塔为案例，采用该频域方法对其在风浪联合作用下的响应情况进行计算分析，并对求解方法、频率分辨率及波浪谱的影响进行了分析讨论。 （3）基于该频域分析方法对某大跨度跨海斜拉桥在极端风浪条件下的动力响应进行了计算分析。讨论了不同风浪荷载组合的响应，明确了全桥不同位置响应的风浪主导荷载及作用机理；研究了不同保留模态计算对结构响应的影响，对于主梁、塔顶和桩基不同位置处的位移、内力响应情况分别推荐了合适的保留模态；明确了不同风浪方向桥梁各位置的最不利组合；明确了非线性波浪荷载对大跨度桥梁响应的贡献规律与机理。 （4）基于桥址区风浪实测资料，对台风及良态风浪期间桥址区平均风速、有效波高和波周期等风特性和波浪特性进行了分析，明确了其变化趋势并建立了合理的边缘分布。根据这些风浪实测参数进而对台风期间及良态风浪期间的大跨度桥梁响应进行计算，研究这两种条件全过程的响应变化趋势及频谱变化情况；基于Copula函数与逆一阶可靠度方法分别建立了风速、有效波高和有效波高、有效波周期的联合分布模型，明确了环境联合分布下大跨度桥梁响应面。
大跨度桥梁;动力响应;频域分析;风浪联合作用;Copula;随机动力响应
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
李永乐;遆子龙
2022
中文
U441.3
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）