大跨度桥梁颤振与气静力稳定性可靠度研究

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随着桥梁建造的跨度不断增大,桥梁结构的抗风性能面临前所未有的考验。由于桥梁本身及其所处风环境的不确定性,桥梁颤振与气静力失稳的发生也是不确定的。为了正确评价大跨度桥梁的颤振与气静力稳定性,本文对大跨度桥梁颤振与气静力稳定性可靠度进行了研究。本文回顾了大跨度桥梁颤振与气静力稳定性可靠度研究的现状,针对现有方法存在的问题和不足,改善了可靠度分析的极限状态方程,并提出了一套计算量少、操作性强、满足工程精度要求、便于推广的可靠度计算方法。本文主要完成了以下几方面的工作:(1)对现有的国内外桥梁颤振可靠度分析方法进行了深入系统的研究,建立了桥梁颤振可靠度分析的极限状态方程,并针对现有方法在计算速度及操作性方面的不足,提出了一套考虑结构参数和风参数不确定性的颤振可靠度计算方法,将此方法应用于崖门大桥和黄埔大桥北汊斜拉桥的颤振可靠度分析中。(2)在确定性气静力稳定性分析的理论基础上,考虑到结构参数和风参数的随机性,建立了桥梁气静力稳定性可靠度分析的极限状态方程,在计算其可靠度时,采用了前述在颤振可靠度分析中所用到的思路,并采用该法对上述两座斜拉桥进行了气静力稳定性可靠度分析。(3)对大跨度桥梁空气静力失稳与动力失稳(颤振)孰先发生的问题,建立了相关的可靠度分析的极限状态方程来进行可靠度分析,为桥梁抗风设计提供依据。本文研究取得的主要结论有:(1)本文成功地将上述方法应用到崖门大桥和黄埔大桥北汊斜拉桥的颤振与气静力稳定性可靠度分析中,计算结果显示:这两座桥的颤振年失效概率分别为3.4455 ?10?4和1.1702×10-4,而气静力稳定性的失效概率可以控制在10?8以内。上述计算结果合理,检验了方法的正确性和实用性。(2)从概率角度比较了崖门大桥和黄埔大桥北汊斜拉桥空气静力失稳临界风速与颤振临界风速,得到结果:崖门大桥空气静力失稳先于颤振发生的概率可以控制在10?4以内,而黄埔大桥北汊斜拉桥可控制在10?6以内。这说明这两座桥空气静力失稳先于颤振发生的可能性很小,符合工程实际情况。(3)对上述两座桥进行了颤振临界风速和静力扭转发散临界风速的参数敏感性分析,发现:①影响崖门大桥颤振临界风速的敏感参数主要是与主梁有关的结构参数,如主梁截面积、抗扭惯性矩、线质量惯矩等;而黄埔大桥北汊斜拉桥除了与主梁有关的结构参数外,塔弹模的影响也不容忽视。②静力扭转发散临界风速的敏感参数,崖门大桥同样为主梁的结构参数和升力矩系数斜率;而黄埔大桥北汊斜拉桥除了上述两类因素,还应考虑塔弹模。由此,我们可针对性地控制较敏感的参数的变异性,来提高桥梁的颤振和气静力稳定性安全。
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