大跨度斜拉桥风-车-桥动力响应拉索疲劳可靠性与研究.pdf

大跨度斜拉桥风-车-桥动力响应及拉索疲劳可靠性研究 WIND-VEHICLE-BRIDGE DYNAMIC RESPONSE AND FATIGUE RELIABILITY OF CABLES OF LONG SPAN CABLE-STAYED BRIDGES 李岩哈尔滨工业大学 2008 年3 月国内图书分类号:: 624. 2工学博士学位论文大跨度斜拉桥风-车-桥动力响应及拉索疲劳可靠性研究博士研究生:李岩导师:盛洪飞教授 申请学位:工学博士学科、专业:桥梁与隧道工程所在单位:交通科学与工程学院答辩日期:2008年3月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index: .: Dissertation for the Doctor Degree in Engineering WIND-VEHICLE-BRIDGE DYNAMIC ANALYSE AND FATIGUE RELIABILITY OF CABLES OF LONG SPAN CABLE-STAYED BRIDGES Candidate:Li Yan Supervisor:Prof. Sheng Hongfei Academic Degree Applied for:Doctor of Engineering Speciality:Bridge and Tunnel Engineering Affiliation:School munication Science and Engineering Date of Defence:Mar. 2008 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology 摘要- I -摘要随着斜拉桥跨径增大,其结构更趋轻薄长细化,结构在交通和风荷载作用下的动力响应研究已成为工程界关注的热点问题。目前针对大跨斜拉桥综合考虑风-车-桥系统相互作用的深入研究开展较少,对车辆、桥梁和风荷载相互作用的过程中,车辆运行的安全性、舒适性问题、拉索的疲劳可靠性和桥梁动力响应的特点和规律缺乏科学的预测和评价。动力风载、车辆和桥梁构成了一个相互作用的复杂动力系统,研究该系统的振动响应机理和规律将对斜拉桥的安全运营、科学维护和保障交通安全起到重要的作用。本文围绕斜拉桥风-车-桥动力响应这一核心,对所涉及相关问题进行了分析研究。在推导复杂车辆模型的动力方程基础上,基于模态综合分析理论,建立了大跨径斜拉桥车桥动力响应计算模型,运用Matlab编制了斜拉桥车桥动力分析程序。对单车及车队荷载下斜拉桥车桥动力响应规律进行了分析研究,探讨了斜拉桥车队荷载下的共振条件和机理,对车辆振动响应舒适性进行了分析和评价,为同类桥梁的设计和维护提出建议。结合自然风的相关特性,采用谱解法进行了斜拉桥空间脉动风场模拟,给出了极值风速概率模型。提出一种能够全面考虑气动阻尼和气动刚度效应斜拉桥时域抖振分析实用方法,并编制了相关的分析程序。在此基础上,基于国内外现有结构动力可靠性领域的新近研究成果,开展了斜拉桥抖振概率分析研究。推导并给出了一次强风作用下、设计使用期内的动力可靠性计算公式和过程。对斜拉桥结构体系动力可靠性进行了初步的探索性研究,并基于时变抗力模型,对斜拉桥时变动力可靠性进行了分析研究。以车桥动力分析和抖振分析研究为基础,提出一种全面考虑车桥动力风效应的斜拉桥风-车-桥动力响应分析方法,并编制了计算分析程序,对风-车-桥系统的作用机理和影响系统动力响应的多种因素进行了深入的分析研究,指出了风-车-桥系统中桥梁结构和车辆的动力响应规律;建立了强风下车辆过桥的安全分析模型,对不同气象条件下和风速下影响安全的相关因素进行了分析,为复杂气象条件下大跨斜拉桥耐久性、安全性研究和保障灾害气象条件下的交通顺畅提供了重要的参考和有益的建议。以国内某大跨度斜拉桥为例,开展了大跨桥梁车辆荷载谱研究。给出了随机车辆荷载数据采集、统计分析和数值模拟的方法,基于蒙特卡洛原理编制了车辆荷载数值模拟程序。提出针对特定大跨桥梁车辆荷载的随机过程模哈尔滨工业大学工学博士学位论文- -II型建立的过程和方法。为大跨桥梁的状态评估和疲劳损伤分析奠定基础。对大跨斜拉桥拉索的疲劳可靠性进行了分析研究。综合考虑了风载和拉索弯曲附加应力的影响,进行了斜拉索疲劳可靠性分析评价,研究结果为拉索系统的维护和检测提出了建议。关键词 斜拉桥;风车桥系统;动力可靠性;拉索;疲劳可靠性 Abstract - III -Abstract With the increase of the span of cable-stayed bridges, the stru