质量偏心桥梁结构颤振稳定性研究

作     者：韩荣轩 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾杰

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：偏心质量 大跨度悬索桥 颤振 数值模拟 风洞试验 流固耦合 

摘      要：悬索桥结构具有跨径大,节约材料,自重轻等优点,但也具有刚度和阻尼小,对风致振动敏感等问题,桥梁风致振动问题中具有发散性失稳特点的颤振问题一直是一个重要的课题。桥梁截面质量偏心颤振问题的研究不仅对例如完全分离的双箱梁桥、施工过程中存在质量偏心的桥梁、桥面交通或附属设施非对称的桥梁有意义,也作为主动提高颤振临界风速措施的一种思路。本文以坐落于丹麦的大贝尔特桥为背景,开展了偏心质量对颤振临界风速影响的研究,研究主要围绕竖向和扭转的两自由度二维桥梁节段模型展开,研究内容包括以下三部分:（1）本文以Ansys Fluent软件为平台,通过将Newmark-β法嵌入UDF的方式在每一个时间步内求解针对质量偏心桥梁节段模型的质心运动学方程,将得到的动力学参数传递给模型并以动网格的方式实现自由振动流固耦合。本文采用自行编写的UDF,展开0°和±3°风攻角下不同质量偏心距离对桥梁颤振临界风速影响的数值模拟研究,为验证本文研究方法的可靠性,分别进行程序验证、网格无关性及可靠性验证、以及与其他学者和本文风洞试验的同工况颤振临界风速结果对比验证。（2）利用风洞试验的方法,进行0°和±3°风攻角下迎风侧不同偏心质量放置距离桥梁节段模型的颤振临界风速测量,探讨分析迎风侧附加偏心质量距离和风攻角对桥梁颤振临界风速的影响。（3）通过对比0°风攻角下迎风侧不同附加偏心质量大小的桥梁节段模型颤振临界风速风洞试验结果,讨论迎风侧附加偏心质量大小对桥梁颤振临界风速的影响。在顺风侧布置附加偏心质量进行风洞试验,研究质心向顺风侧偏移对颤振稳定性的影响,对质量偏心桥梁结构颤振稳定性分析中较不利工况进行。