[发明专利]斜风作用下大跨度桥梁抖振响应分析时域方法

权利要求书

1.一种斜风作用下大跨度桥梁抖振响应时域分析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步：基于结构设计图纸和现场动静力响应实测数据，采用可编程参数化设计语言建立大跨度桥梁有限元计算模型，同时将主梁断面的颤振导数以可调用数组方式进行存储，

第二步：调用实测风环境数据之后，采用改进的斜风分解法对其进行处理，并基于分解后的风特性数据进行大跨度桥梁桥址区三维脉动风场模拟，

第三步：根据风速数据和颤振导数图确定式“4a、4b、5a、5b”中主梁断面的颤振导数：

Kaee=Kaele00Kaele---4a]]>

其中，Kaele=ρU2K2Le20000000P6*P4*BP3*000H6*H4*BH3*000BA6*BA4*B2A3*00000000000000---4b]]>

Caee=Caele00Caele---5a]]>

其中，Caele=ρUBKLe20000000P5*P1*BP2*000H5*H1*BH2*000BA5*BA1*B2A2*00000000000000---5b]]>

式“4a、4b、5a、5b”中，K_ae^e和C_ae^e分别为当采用集中气动力矩阵模拟桥面受到的气动力时，与桥面单元e所受气动自激力等价的气动刚度和气动阻尼矩阵；ρ为空气密度；U为平均风速；B为桥面宽度；K＝Bω/U为无量纲频率；L_e为单元e的长度；H_i^*为自激升力相关气动导数、P_i^*为自激阻力相关气动导数、A_i^*为自激升力矩相关气动导数，其中i＝1，2，...，6；

第四步：采用Aero-dyn18单元模拟K_ae^e和C_ae^e，并在初始模型的基础上添加Aero-dyn18单元，得到大跨度桥梁用于抖振分析的有限元模型，

第五步：由分解后的风速数据，采用结构静力三分力系数计算出静力风荷载，包括阻力、升力和扭矩，再利用第二步三维脉动风场模拟所得风速时程按照式“6a、6b、6c”计算出抖振力时程：

Lb(t)=12ρU2B[2CL(α0)u(t)U+(CL'(α0)+CD(α0))w(t)U]---(6a)]]>

Db(t)=12ρU2B[2CD(α0)u(t)U+CD'(α0)w(t)U]---(6b)]]>

Mb(t)=12ρU2B2[2CM(α0)u(t)U+CM'(α0)w(t)U]---(6c)]]>

式“6a、6b、6c”中，L_b(t)、D_b(t)和M_b(t)分别表示升力时程、阻力时程和升力矩时程，ρ为空气密度，U为平均风速，B为桥面宽度，α₀为平均风攻角，C_L、C_D、C_M分别为升力、阻力和升力矩系数，C_L′、C_D′、C_M′分别为升力、阻力和升力矩系数曲线斜率，u(t)、v(t)和w(t)分别代表顺风向、横风向和竖向脉动风速；

第六步：将第四步所得静风荷载以及抖振力时程同时施加到结构有限元模型上，采用纽马科数值积分法进行大跨度桥梁抖振响应非线性时程分析求解；

第七步：分析处理大跨度桥梁的加速度、位移等时程响应计算结果，求出统计量如加速度均方根响应值，并与现场实测结果进行对比分析。