【摘 要】
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风致振动是导致大跨度悬索桥失稳垮塌的主要原因。通常情况下,风的静力作用可导致悬索桥振动时的模态频率变化,进而改变结构的动力响应。在研究空气静力失稳的相关文献中,主要都是以线性或者非线性的方法研究静风载荷的失稳机理问题,或者依据线性、非线性理论编制相应的计算软件,来探讨空气静力失稳或动力特性。迄今为止,对于静风荷载作用下悬索桥非线性动力特性的理论研究较少。本文提出了一种计算静风荷载对大跨度悬索桥竖向
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风致振动是导致大跨度悬索桥失稳垮塌的主要原因。通常情况下,风的静力作用可导致悬索桥振动时的模态频率变化,进而改变结构的动力响应。在研究空气静力失稳的相关文献中,主要都是以线性或者非线性的方法研究静风载荷的失稳机理问题,或者依据线性、非线性理论编制相应的计算软件,来探讨空气静力失稳或动力特性。迄今为止,对于静风荷载作用下悬索桥非线性动力特性的理论研究较少。本文提出了一种计算静风荷载对大跨度悬索桥竖向弯曲模态频率影响的解析方法。首先,通过Galerkin方法截断把含有积分项的竖向弯曲振动偏微分方程离散为非线性非齐次常微分方程组;之后,通过坐标变换将方程组中的非齐次荷载项消去,得到一组非线性齐次常微分方程组;通过令非齐次非线性方程组的非齐次项为零,得到了静风荷载下悬索桥的位移。之后,将风静力作用下的位移代入齐次线性方程中,得到静风载荷与模态频率的关系。此外,本文以润扬长江公路大桥为例,将理论结果和有限元结果进行了对比,验证该方法的有效性。并对不同方向静风载荷下,主缆垂度、主缆弹性模量、单位桥长质量和加劲梁刚度对结构刚度和模态频率的影响进行了细致的讨论。本文的结果显示,悬索桥在向上静风荷载作用下产生的位移大于向下的静风荷载。向上的静风荷载弱化了悬索桥结构刚度。同时伴随主缆的垂度和刚度的降低、单位桥长质量的增大,向上的静风载荷显著的降低了悬索桥的低阶模态的频率,反之向下的静风载荷显著的提高了悬索桥的低阶模态的频率。
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