CN115455547A - 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法 - Google Patents

一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115455547A
CN115455547A CN202211176688.XA CN202211176688A CN115455547A CN 115455547 A CN115455547 A CN 115455547A CN 202211176688 A CN202211176688 A CN 202211176688A CN 115455547 A CN115455547 A CN 115455547A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
bridge
static
section
optimization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211176688.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN115455547B (zh
Inventor
唐浩俊
李永乐
莫威
康佳
张帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202211176688.XA priority Critical patent/CN115455547B/zh
Publication of CN115455547A publication Critical patent/CN115455547A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115455547B publication Critical patent/CN115455547B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明属于桥梁抗风技术领域，具体公开了一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，本发明针对悬索桥加劲梁吊装初期条带假定不适用的情况，建立了一种考虑梁端三维绕流效应的流固耦合计算模型，更准确地确定了加劲梁吊装初期的非线性风荷载；针对缆索悬吊体系的轻柔特性，考虑了桥梁静风响应对风致动力行为的影响，有效提升了悬索桥吊装阶段抗风性能分析的精度；通过完善的评价体系确定了优化措施的有效性,并提高了优化措施在实际工程中的可实施性。

Description

一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法
技术领域
本发明涉及桥梁抗风技术领域，具体涉及一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法。
背景技术
目前我国正处于大跨度悬索桥建设的高峰期，逐步由交通大国向交通强国跨越；随着悬索桥跨度的不断增大，其抗风稳定性已成为设计阶段的控制性因素之一；为了提高桥梁的抗风稳定性，通常还需要增设额外的抗风措施。
与成桥运营阶段相比，大跨度悬索桥在施工阶段的抗风稳定性问题往往更加突出；尤其在加劲梁吊装阶段，结构因具有更加轻柔的静动力特性，故对风的作用更加敏感；目前对于吊装阶段桥梁抗风稳定性的分析及抗风措施的评价多采用与成桥阶段相同的方法，即先计算桥梁在无风作用下的动力特性，再基于条带假定由理论分析、数值计算、或风洞试验进行评价；但是，这样忽略了因加劲梁吊装长度有限而具有的三维流场特性，也忽略了因桥梁静风响应导致构件内力的改变，对抗风措施的评价存在指标单一、理论计算与实际情况有偏差等问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，通过分析优化有效提升了悬索桥施工阶段抗风性能分析的精度，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，包括如下步骤：
步骤一、通过有限元软件建立施工阶段桥梁结构的三维有限元模型，模拟已吊装梁段之间的临时连接，并以各梁段中心作为静动力风荷载的加载位置；
步骤二、通过计算流体力学软件建立加劲梁端部绕流的三维流固耦合模型，确定各梁段的气动力系数和颤振导数；
步骤三、将步骤二计算得到的气动力系数转换为静风力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解不同吊装阶段桥梁的静风响应，评价静风稳定性；
步骤四、根据步骤二计算得到的颤振导数，通过新建矩阵单元的方式将自激力加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解不同吊装阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
步骤五、根据步骤三、四的结果采用抗风优化措施进行桥梁抗风性能优化；
步骤六、通过谱解法生成脉动风场并计算抖振力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解增设抗风措施后桥梁的抖振响应，计算抗风措施和梁段之间临时连接的风致内力，评价抗风优化措施的可实施性。
优选的，在步骤二中，通过静态模拟和动态模拟识别不同梁段的气动力系数和颤振导数；由静态模拟识别静风压力沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的气动力系数，由动态模拟识别脉动风压沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的颤振导数。
优选的，在步骤三中，模拟作用在加劲梁上非线性分布的静风力，并在逐级增大风速的过程中对各梁段静风力进行迭代更新，计算施工阶段桥梁的静风响应，根据桥梁的静风位移评价静风稳定性；
作用在单个梁段上的静风阻力
Figure BDA0003864783790000021
静风升力
Figure BDA0003864783790000022
静风力矩
Figure BDA0003864783790000023
计算如下：
Figure BDA0003864783790000024
Figure BDA0003864783790000025
Figure BDA0003864783790000031
其中，p为空气密度，U为来流风速大小，H、B分别为加劲梁截面的特征高度、宽度，L为各吊装梁段的长度，CD、CL、CM分别为各吊装梁段的阻力系数、升力系数、力矩系数，i为各梁段的编号，αi为桥梁发生静风响应后第i段梁与来流风的相对攻角，i＝0，1，2，...，n，n为计算吊装阶段已吊装的梁段数量。
优选的，逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，确定各梁段的静风力，并计算桥梁的静风响应，根据第i个梁段与来流风之间相对攻角αi的变化，更新该梁段的静风力，进行迭代计算，若迭代收敛则进行下一级风速计算，若迭代发散则判断桥梁为静风失稳状态。
优选的，在步骤四中，通过添加矩阵单元的方式模拟加劲梁上非线性分布的自激力，并逐级增大风速分析施工阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
作用在单个梁段上的自激升力
Figure BDA0003864783790000032
自激力矩
Figure BDA0003864783790000033
计算如下：
Figure BDA0003864783790000034
Figure BDA0003864783790000035
其中，K为折算频率，hi、θi分别为第i段梁的竖向位移、扭转位移，
Figure BDA0003864783790000036
分别为第i段梁的竖向速度、扭转速度，
Figure BDA0003864783790000037
为第i段梁的颤振导数。
优选的，逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，先计算桥梁的静风响应，若迭代收敛，在此状态上添加自激力并进行复特征值分析，若各模态复特征值的实部均大于或等于零，则判断桥梁为气动稳定状态，若某模态复特征值的实部小于零，则判断桥梁为气动失稳状态。
优选的，所述步骤五中的优化措施包括结构优化措施和气动优化措施；
结构优化措施是通过增设临时缆索、约束措施改善结构的动力特性，由于结构措施的安装，桥梁的静动力响应特征会发生变化，故若增设结构优化措施则重复步骤三、四，评价结构优化措施的有效性；
气动优化措施是对加劲梁断面形状的优化，通过增设竖向稳定板、水平导流板措施改善断面的气动外形，由于断面形状的改变，对应的气动力系数、颤振导数都会发生变化，故若增设气动优化措施则重复步骤二、三、四，评价气动优化措施的有效性。
优选的，在步骤六中，模拟某一级风速下的10分钟平均风场和多点脉动风场，生成作用在各吊装梁段上的抖振力时程，计算桥梁的抖振响应，根据优化措施的风致内力及优化措施对梁段间临时连接风致内力的影响进一步评价抗风优化措施的可实施性；
作用在单个梁段上的抖振阻力
Figure BDA0003864783790000041
抖振升力
Figure BDA0003864783790000042
抖振力矩
Figure BDA0003864783790000043
计算如下：
Figure BDA0003864783790000044
Figure BDA0003864783790000045
Figure BDA0003864783790000046
其中，CD(i)、CL(i)、CM(i)分别为第i段梁的阻力系数、升力系数、力矩系数，C′D(i)、C′L(i)、C′M(i)分别为第i段梁阻力系数的斜率、升力系数的斜率、力矩系数的斜率，u(t，i)、w(t，i)分别为第i段梁在t时刻的横桥向脉动风速、竖向脉动风速。
本发明的有益效果是：
1)本发明针对悬索桥加劲梁吊装初期条带假定不适用的情况，考虑了梁端绕流所引起的三维流场效应，更准确地确定了加劲梁吊装阶段的非线性风荷载；
2)本发明针对缆索悬吊体系的轻柔特性，考虑了桥梁静风响应对风致动力行为的影响，更准确地评价了悬索桥施工阶段的抗风性能；
3)本发明针对气动优化措施、结构优化措施，建立了完善的评价体系，有效提升了悬索桥施工阶段抗风性能分析的精度，在实际工程中也具有很高的可行性。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程示意图；
图2为现有关于桥梁抗风性能的分析体系示意图；
图3为梁段吊装初期梁的长度有限示意图；
图4为考虑加劲梁端部绕流的三维流固耦合模型；
图5为添加静风力的有限元模型示意图；
图6为添加自激力的有限元模型示意图；
图7为用于施工阶段的优化措施示意图；
图8为不同吊装阶段交叉索设计风速下优化措施的风致内力变化示意图，图8(a)是加劲梁吊装率达到29.3％时的计算结果，图8(b)是加劲梁吊装率达到60.0％时的计算结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有关于桥梁抗风性能的分析体系，如图2所示，基本上是基于条带假定的，即一个断面(或一段梁)的气动特性可以代表其它各个截面(或其它梁段)，这当桥梁足够长的时候是合适的。但对于施工阶段，梁段是逐步吊上去的，长度有限，特别吊装初期，如图3所示。这时，流场的三维特性显著，条带假定将不再适用。虽然采用全桥气弹模型风洞试验可以考虑以上问题，但是全桥试验对硬件设施有很高的要求，模型成本也很高，且存在制作精度问题(模型尺寸往往需要缩小100倍及以上，也容易产生雷诺数效应)。本发明所建立的三维流固耦合模型，与现有计算模型相比，可考虑加劲梁两端三维绕流对其表面风压分布的影响，在保证近壁面网格质量的基础上实现模型在竖向、扭转方向的大幅度耦合振动；可以识别静风压力和脉动风压沿桥跨方向的非线性分布规律，提取作用在各梁段上的静风力和自激力，如图4所示，以便更好地评价施工阶段桥梁的抗风稳定性。
另外，现有技术对优化措施的评价指标单一、不全面，常见的优化措施包括气动优化措施和结构优化措施，对于气动优化措施，几乎没有考虑气动措施对桥梁静风响应的影响，而静风响应的变化影响桥梁的动力特性及其风致振动行为；对于结构优化措施，仅根据桥梁动力特性的变化进行评价，而几乎没有考虑结构措施对桥梁整体内力的改变。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，包括如下步骤：
步骤一、通过有限元软件建立施工阶段桥梁结构的三维有限元模型，模拟已吊装梁段之间的临时连接，并以各梁段中心作为静动力风荷载的加载位置；
有限元软件包括ANSYS、MIDAS等，本发明是采用ANSYS。实际工程中，加劲梁在吊装时，梁段与梁段之间通常会设置临时铰连接，以便适应加劲梁线形的不断变化，避免产生过大的内力。当所有梁段吊装完成，再将临时连接改为固定连接。
步骤二、通过计算流体力学软件建立可考虑加劲梁端部绕流的三维流固耦合模型，由静态模拟识别静风压力沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的气动力系数，由动态模拟识别脉动风压沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的颤振导数。
常用流体力学软件包括FLUENT、OpenFOAM，本发明是基于FLUENT计算的。
步骤三、将步骤二计算得到的气动力系数转换为静风力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解不同吊装阶段桥梁的静风响应，评价静风稳定性；
模拟作用在加劲梁上非线性分布的静风力，如图5所示，并在逐级增大风速的过程中对各梁段静风力进行迭代更新，计算施工阶段桥梁的静风响应，根据桥梁的静风位移评价静风稳定性；
作用在单个梁段上的静风阻力
Figure BDA0003864783790000071
静风升力
Figure BDA0003864783790000072
静风力矩
Figure BDA0003864783790000073
计算如下：
Figure BDA0003864783790000074
Figure BDA0003864783790000075
Figure BDA0003864783790000076
其中，p为空气密度，U为来流风速大小，H、B分别为加劲梁截面的特征高度、宽度，L为各吊装梁段的长度，CD、CL、CM分别为各吊装梁段的阻力系数、升力系数、力矩系数，i为各梁段的编号，αi为桥梁发生静风响应后第i段梁与来流风的相对攻角，i＝0，1，2，...，n，n为计算吊装阶段已吊装的梁段数量。
逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，确定各梁段的静风力，并计算桥梁的静风响应，根据第i个梁段与来流风之间相对攻角αi的变化，更新该梁段的静风力，进行迭代计算，若迭代收敛则进行下一级风速计算，若迭代发散则判断桥梁为静风失稳状态。
静风响应包括结构的静风位移及静风内力。
步骤四、根据步骤二计算得到的颤振导数，通过新建矩阵单元的方式将自激力加载到步骤一所建模型的各梁段上，如图6所示，求解不同吊装阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
通过添加矩阵单元的方式模拟加劲梁上非线性分布的自激力，并逐级增大风速分析施工阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
作用在单个梁段上的自激升力
Figure BDA0003864783790000081
自激力矩
Figure BDA0003864783790000082
计算如下：
Figure BDA0003864783790000083
Figure BDA0003864783790000084
其中，K为折算频率，hi、θi分别为第i段梁的竖向位移、扭转位移，
Figure BDA0003864783790000085
分别为第i段梁的竖向速度、扭转速度，
Figure BDA0003864783790000086
为第i段梁的颤振导数。
逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，先计算桥梁的静风响应，若迭代收敛，在此状态上添加自激力并进行复特征值分析，若各模态复特征值的实部均大于或等于零，则判断桥梁为气动稳定状态，若某模态复特征值的实部小于零，则判断桥梁为气动失稳状态。
复模态特性包括复模态阻尼和复模态频率。
步骤五、根据步骤三、四的结果进行桥梁抗风性能优化设计，包括结构优化措施和气动优化措施。
结构优化措施是通过增设临时缆索、约束措施改善结构的动力特性，由于结构措施的安装，桥梁的静动力响应特征会发生变化，故若增设结构优化措施则重复步骤三、四，评价结构优化措施的有效性。
气动优化措施是对加劲梁断面形状的优化，通过增设竖向稳定板、水平导流板措施改善断面的气动外形，由于断面形状的改变，对应的气动力系数、颤振导数都会发生变化，故若增设气动优化措施则重复步骤二、三、四，评价气动优化措施的有效性。
步骤六、通过谱解法生成脉动风场并计算抖振力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解增设抗风措施后桥梁的抖振响应，计算抗风措施和梁段之间临时连接的风致内力，进一步评价抗风优化措施的可实施性。
模拟某一级风速下的10分钟平均风场和多点脉动风场，生成作用在各吊装梁段上的抖振力时程，计算桥梁的抖振响应，根据优化措施的风致内力及优化措施对梁段间临时连接风致内力的影响进一步评价抗风优化措施的可实施性；
作用在单个梁段上的抖振阻力
Figure BDA0003864783790000091
抖振升力
Figure BDA0003864783790000092
抖振力矩
Figure BDA0003864783790000093
计算如下：
Figure BDA0003864783790000094
Figure BDA0003864783790000095
Figure BDA0003864783790000096
其中，CD(i)、CL(i)、CM(i)分别为第i段梁的阻力系数、升力系数、力矩系数，C′D(i)、C′L(i)、C′M(i)分别为第i段梁阻力系数的斜率、升力系数的斜率、力矩系数的斜率，u(t，i)、w(t，i)分别为第i段梁在t时刻的横桥向脉动风速、竖向脉动风速。
对比验证
本实施例通过与条带假定的对比来验证了本发明的技术效果。
1.本实施例能有效提升了悬索桥施工阶段抗风性能分析的精度，以某悬索桥为例，吊装初期桥梁的气动失稳风速对比如表1所示：
表1本发明方法与其他方法计算桥梁施工阶段气动失稳风速的对比
Figure BDA0003864783790000101
1)相比条带假定，考虑气动力非线性后，桥梁的颤振临界风速有所提升。吊装率为10.6％时，三个工况(不同来流风攻角)的颤振临界风速平均提升10.7％；吊装率为19.7％时，三个工况的颤振临界风速平均提升4.8％。
2)进一步考虑桥梁静风响应对气动稳定性的影响，不同来流风攻角下的变化情况不同，0度风攻角基本没有变化；正攻角下临界风速降低；负攻角下临界风速显著提升。
2.本实施例能有效提升对抗风措施的评价精度，以某悬索桥为例，在端部缆梁之间设置交叉索，该抗风措施如图7所示，设置该抗风措施前后，不同吊装阶段桥梁的气动失稳风速对比如表2所示。
表2本发明方法与其他方法评价抗风措施有效性的对比
Figure BDA0003864783790000102
Figure BDA0003864783790000111
1)考虑桥梁的静风响应后，交叉索抗风措施的有效性发生了改变；当吊装率较低时，交叉索的抑振效果出现降低；当吊装率较高时，交叉索的抑振效果出现提升
2)如图8所示，通过该方法给出了不同吊装阶段交叉索的风致内力，判断了交叉索的工作状态，相关结果可为设计人员提供参考，避免导致措施自身受力过大或梁段间临时连接受力过大而无法应用于工程实际。
本发明针对悬索桥加劲梁吊装初期条带假定不适用的情况，考虑了梁端绕流所引起的三维流场效应，更准确地确定了加劲梁吊装阶段的非线性风荷载；针对缆索悬吊体系的轻柔特性，考虑了桥梁静风响应对风致动力行为的影响，更准确地评价了悬索桥施工阶段的抗风性能；针对气动优化措施、结构优化措施，建立了完善的评价体系，有效提升了悬索桥施工阶段抗风性能分析的精度，提高了抗风措施在实际工程中的可行性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过有限元软件建立施工阶段桥梁结构的三维有限元模型，模拟已吊装梁段之间的临时连接，并以各梁段中心作为静动力风荷载的加载位置；
步骤二、通过计算流体力学软件建立加劲梁端部绕流的三维流固耦合模型，确定各梁段的气动力系数和颤振导数；
步骤三、将步骤二计算得到的气动力系数转换为静风力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解不同吊装阶段桥梁的静风响应，评价静风稳定性；
步骤四、根据步骤二计算得到的颤振导数，通过新建矩阵单元的方式将自激力加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解不同吊装阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
步骤五、根据步骤三、四的结果采用抗风优化措施进行桥梁抗风性能优化；
步骤六、通过谱解法生成脉动风场并计算抖振力，加载到步骤一所建模型的各梁段上，求解增设抗风措施后桥梁的抖振响应，计算抗风措施和梁段之间临时连接的风致内力，评价抗风优化措施的可实施性。
2.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：在步骤二中，通过静态模拟和动态模拟识别不同梁段的气动力系数和颤振导数；由静态模拟识别静风压力沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的气动力系数，由动态模拟识别脉动风压沿桥轴向的分布规律，确定各梁段的颤振导数。
3.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：在步骤三中，模拟作用在加劲梁上非线性分布的静风力，并在逐级增大风速的过程中对各梁段静风力进行迭代更新，计算施工阶段桥梁的静风响应，根据桥梁的静风位移评价静风稳定性；
作用在单个梁段上的静风阻力
Figure FDA0003864783780000021
静风升力
Figure FDA0003864783780000022
静风力矩
Figure FDA0003864783780000023
计算如下：
Figure FDA0003864783780000024
Figure FDA0003864783780000025
Figure FDA0003864783780000026
其中，ρ为空气密度，U为来流风速大小，H、B分别为加劲梁截面的特征高度、宽度，L为各吊装梁段的长度，CD、CL、CM分别为各吊装梁段的阻力系数、升力系数、力矩系数，i为各梁段的编号，αi为桥梁发生静风响应后第i段梁与来流风的相对攻角，i＝0,1,2,…,n，n为计算吊装阶段已吊装的梁段数量。
4.根据权利要求3所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，确定各梁段的静风力，并计算桥梁的静风响应，根据第i个梁段与来流风之间相对攻角αi的变化，更新该梁段的静风力，进行迭代计算，若迭代收敛则进行下一级风速计算，若迭代发散则判断桥梁为静风失稳状态。
5.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：在步骤四中，通过添加矩阵单元的方式模拟加劲梁上非线性分布的自激力，并逐级增大风速分析施工阶段桥梁的复模态特性，评价气动稳定性；
作用在单个梁段上的自激升力
Figure FDA0003864783780000027
自激力矩
Figure FDA0003864783780000028
计算如下：
Figure FDA0003864783780000029
Figure FDA00038647837800000210
其中，K为折算频率，hi、θi分别为第i段梁的竖向位移、扭转位移，
Figure FDA0003864783780000031
分别为第i段梁的竖向速度、扭转速度，
Figure FDA0003864783780000032
为第i段梁的颤振导数。
6.根据权利要求5所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：逐级增大风速的过程中，在某一级风速下，先计算桥梁的静风响应，若迭代收敛，在此状态上添加自激力并进行复特征值分析，若各模态复特征值的实部均大于或等于零，则判断桥梁为气动稳定状态，若某模态复特征值的实部小于零，则判断桥梁为气动失稳状态。
7.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：所述步骤五中的优化措施包括结构优化措施和气动优化措施；
结构优化措施是通过增设临时缆索、约束措施改善结构的动力特性，由于结构措施的安装，桥梁的静动力响应特征会发生变化，故若增设结构优化措施则重复步骤三、四，评价结构优化措施的有效性；
气动优化措施是对加劲梁断面形状的优化，通过增设竖向稳定板、水平导流板措施改善断面的气动外形，由于断面形状的改变，对应的气动力系数、颤振导数都会发生变化，故若增设气动优化措施则重复步骤二、三、四，评价气动优化措施的有效性。
8.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法，其特征在于：在步骤六中，模拟某一级风速下的10分钟平均风场和多点脉动风场，生成作用在各吊装梁段上的抖振力时程，计算桥梁的抖振响应，根据优化措施的风致内力及优化措施对梁段间临时连接风致内力的影响进一步评价抗风优化措施的可实施性；
作用在单个梁段上的抖振阻力
Figure FDA0003864783780000033
抖振升力
Figure FDA0003864783780000034
抖振力矩
Figure FDA0003864783780000035
计算如下：
Figure FDA0003864783780000041
Figure FDA0003864783780000042
Figure FDA0003864783780000043
其中，CD(i)、CL(i)、CM(i)分别为第i段梁的阻力系数、升力系数、力矩系数，C′D(i)、C′L(i)、C′M(i)分别为第i段梁阻力系数的斜率、升力系数的斜率、力矩系数的斜率，u(t,i)、w(t,i)分别为第i段梁在t时刻的横桥向脉动风速、竖向脉动风速。
CN202211176688.XA 2022-09-26 2022-09-26 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法 Active CN115455547B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211176688.XA CN115455547B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211176688.XA CN115455547B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115455547A true CN115455547A (zh) 2022-12-09
CN115455547B CN115455547B (zh) 2023-05-12

Family

ID=84305952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211176688.XA Active CN115455547B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115455547B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070333A (zh) * 2023-03-16 2023-05-05 石家庄铁道大学 考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104504243A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 东南大学 一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法
CN109359418A (zh) * 2018-11-09 2019-02-19 深圳大学 一种悬索桥非线性风致响应的预测方法、系统及存储介质
CN112906260A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 湖南大学 一种高墩大跨桥梁施工期风致振动控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104504243A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 东南大学 一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法
CN109359418A (zh) * 2018-11-09 2019-02-19 深圳大学 一种悬索桥非线性风致响应的预测方法、系统及存储介质
CN112906260A (zh) * 2021-01-25 2021-06-04 湖南大学 一种高墩大跨桥梁施工期风致振动控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAOJUN TANG 等: "Aerostatic and aerodynamic stability of a suspension bridge during early erection stages", 《ELSEVIER LOGO JOURNALS & BOOKS GO TO JOURNAL HOME PAGE - JOURNAL OF WIND ENGINEERING AND INDUSTRIAL AERODYNAMICS JOURNAL OF WIND ENGINEERING AND INDUSTRIAL AERODYNAMICS》 *
任蒙 等: "莫桑比克马普托跨海大桥设计关键技术研究", 《中外公路》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070333A (zh) * 2023-03-16 2023-05-05 石家庄铁道大学 考虑雷诺数效应的斜拉索气动力的计算方法、系统及终端

Also Published As

Publication number Publication date
CN115455547B (zh) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109190283A (zh) 一种考虑高湍流自由来流效应的风力机翼型气动优化方法
CN105183996A (zh) 面元修正与网格预先自适应计算方法
WO2022165983A1 (zh) 一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法
CN115455547A (zh) 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法
CN110847210A (zh) 一种海上风机基础结构以及轻量化设计方法
CN116029041B (zh) 大宽跨比飞机荷载桥梁荷载横向分布计算方法
CN108509710B (zh) 一种平行双幅桥静风稳定分析方法
CN111666615A (zh) 一种基于有限元的悬索桥空间缆索找形方法
Bakis et al. Passive aeroelastic control of a suspension bridge during erection
CN113536457B (zh) 一种基于状态空间形式涡格法的气动力降阶方法
CN110765706A (zh) 基于ohngbm(1,1)的翼型非定常失速气动系数建模方法
CN111967085B (zh) 大跨径悬索管道桥成桥风索线形计算方法
CN109252441B (zh) 一种变截面箱梁剪力滞效应的分析方法
CN116933602A (zh) 输电塔线耦联体系覆冰舞动响应的数值模拟方法及系统
CN112035927A (zh) 基于修正影响矩阵的悬索管道桥成桥风索线形计算方法
CN105781126B (zh) 一种张弦结构被动建立预应力施工方法
CN110361970B (zh) 一种用于吊挂看台吊点选取及提升控制的方法
CN111539138A (zh) 基于阶跃函数的结构动力学峰值时域响应灵敏度求解方法
Asgari et al. A new multiconstraint method for determining the optimal cable stresses in cable-stayed bridges
CN112035928B (zh) 大跨径悬索管道桥成桥主索线形计算方法
Wang et al. Optimal design model for wind resistance based on static numerical simulation of large span bridges and its application
CN104715149A (zh) 悬索桥施工过程中加劲梁测量坐标修正方法
Janjic et al. Consistent Numerical Model for Wind Buffeting Analysis of Long-Span Bridges
CN112948973B (zh) 一种用于连续变弯度后缘的机翼失速颤振闭环控制方法
Dhandapani et al. A Study on seismic load characteristics and modelling of chimney structure using fem approach

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant