大跨度悬浇拱施工状态抖振响应及其等效风荷载研究

作     者：韩玉青 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭增伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：等效静力风荷载 惯性风荷载 拱桥 传递矩阵法 抖振响应 

摘      要：针对高桥位桥梁建设期间的安全问题,考虑到大跨度拱桥拱肋截面的钝体特性和主跨长度的增大趋势以及我国现行的《公路桥梁抗风规范》对于山区桥梁的抗风问题采用的阵风等效静力风荷载,该方法实际上也是力等效,不能体现等效静力风荷载与结构刚度和质量相关的特性,也不能保证结构的响应等效。为了确保拱桥结构在施工阶段的风荷载作用下结构的安全性和便于大跨度拱桥的初步设计,本文将以某悬臂浇筑的大跨度混凝土拱桥为研究对象,分析其悬臂浇筑施工阶段的最大悬臂状态的抖振响应问题,对大跨度悬浇拱桥抖振响应等效静力风荷载进行了深入研究,为大跨悬浇拱的抗风设计提供参考。本文主要研究内容如下:(1)以某大跨混凝土悬浇拱和大跨钢管混凝土悬浇拱为工程背景,采用欧拉-伯努利梁模型推导索-悬臂曲梁结构的面外微分控制方程,并利用传递矩阵法求解索-悬臂曲梁结构的面外微分振动控制方程,将其写为一阶矩阵微分方程,然后用幂级数表示矩阵微分方程的解。最后根据索-悬臂曲梁结构的边界条件推导出频率方程。为了便于工程应用,采用根据索-悬臂曲梁结构的边界条件假设的位移函数,并通过伽辽金法推导了基阶结构固有频率的近似计算公式。(2)为了探究大跨悬浇拱抖振响应的机理,根据完全二次型组合CQC法和背景共振响应法,采用水平风谱Kaimal谱、竖向风谱Lumley-Panofsky谱以及指数型风场相干函数分别计算大跨悬浇拱的功率谱在不同设计基准风速下的抖振响应RMS值以及各阶模态响应对抖振响应的贡献。(3)为了简化大跨悬浇拱抖振响应的计算过程,基于完全二次型组合CQC法和背景共振响应法的分析结果,根据我国《建筑荷载规范》采用的惯性风荷载理论,借鉴其背景因子和共振因子,推导了大跨悬浇拱的抖振响应等效风荷载实用简化计算公式。