非平稳脉动风作用下大跨钢桁悬索桥构件疲劳研究
悬索桥构造简单，受力明确，适合修建于对跨度要求较大的地区。山区地带的风环境较为复杂，而悬索桥结构跨径大刚度小，所以其在风荷载作用下的响应会更加的敏感，这也就使得抗风问题成为桥梁设计中不可或缺的环节。作用于悬索桥的风荷载主要划分为静力荷载与动力荷载，动力荷载主要指的是脉动风对桥梁结构产生的抖振力作用。悬索桥在脉动风产生振动的抖振力影响下会使得桥梁结构产生交变应力从而导致其构件的寿命减少，进而影响结构的正常使用。 近年来，实测风速的数据表明，山区地带的脉动风有着较强的非平稳特性，传统的平稳随机过程模拟方法并不适用于山区环境。本文依托某山区大跨钢桁悬索桥结构，通过非平稳抖振响应时域分析以及疲劳损伤理论等对非平稳风速作用下大跨钢桁悬索桥主要构件的风振疲劳展开研究，本文的主要研究内容与结论如下： （1）根据风的特性，通过谐波合成法对平稳随机过程进行模拟，然后结合演变谱理论以及时变平均风模型对平稳随机过程进行调制，以此获得非平稳风速样本，再将其自谱与相应规范谱对比检验其合理性。随后通过卡方检验对数据的非平稳性进行验证。 （2）建立依托工程某大跨钢桁悬索桥的有限元模型，对非平稳抖振响应分析程序进行编制；将之前模拟出的非平稳风速时程转化为对桥梁作用的时变静风荷载与非平稳抖振三分力，随后通过有限元软件ANSYS对桥梁非平稳抖振响应时程进行求解，为后续疲劳损伤分析打下基础。最后对调制函数的参数进行分析，研究其参数取值变化对非平稳抖振疲劳的影响。 （3）通过对桥梁的非平稳抖振响应进行分析，结果表明加劲梁为风振疲劳损伤的薄弱位置，即加劲梁为桥梁抗风的最不利构件。结合雨流计数法，通过对比悬索桥关键节点在平稳与非平稳脉动风影响下的抖振应力响应时程，发现桥梁构件在时变平均风速以及调制函数影响下，其应力幅相对较大的区间段内桥梁在非平稳脉动风作用下的应力循环次数更多，表明桥梁在非平稳抖振作用下的疲劳寿命较平稳态会更少。而无论是非平稳风场或是平稳风场，伴随着时变平均风速均值或平均风速值的增大，桥梁上构件的疲劳寿命会呈现出减少的趋势。通过对调制函数系数进行改变，只改变参数α时，发现当α=300时为最不利调制函数模型；而随着β值的增大，桥梁构件的疲劳损伤值会相应的增大，随着β值的减小，桥梁构件的疲劳损伤值会相应的减少。
大跨钢桁悬索桥;非平稳脉动风;抖振响应;疲劳损伤
重庆交通大学
硕士
土木工程;结构工程
胡俊
2023
中文
U448.25;U441.3
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）