[发明专利]斜风作用下大跨度桥梁抖振响应分析时域方法

说明书

技术领域

本发明涉及一套完整的斜风作用下大跨度桥梁抖振响应分析方法，尤其适用于由桥梁结构物所在场地实测各类风环境数据直接得到其抖振响应。

背景技术

目前国内外大多数常用的抖振分析方法都是假定平均风向与桥跨方向垂直(正风)。正风作用下大跨度桥梁抖振响应的计算主要有频域和时域两类分析方法。其中频域法是早期风工程研究领域最为主要的方法，但频域方法在分析过程中只能计入一定数量的模态，得出的是结构响应值的统计特征，且只能进行线性分析。时域分析法可以非常方便地计入各类非线性因素的影响，考虑因素比较全面，是抖振计算的发展方向，但在风场的模拟以及气动自激力时域化等问题上尚未得到很好地解决。另外，对桥梁结构物所在场地进行的风环境现场实测表明，各类强风常以一个较大的偏角偏离桥跨的法向，因此，现有正风下的抖振响应分析方法并不能直接应用于与现场实测结果的对比。

现有的斜风作用下大跨度桥梁抖振响应分析方法都是基于线性准定常和气动片条理论，分析方法可分为有两类：平均风分解法和直接斜风分析法。由于早期研究当中实测风数据的缺乏，现有的平均风分解理论都是从已知主风向平均风速和三维脉动风速开始，未考虑现有风速仪实测数据的特点，另外目前还无法建立一套顺桥向风作用下的合理且适用的气动力模型，限制了平均风分解法的发展。直接斜风分析法虽然避开了斜风分解过程，但是需要进行斜风作用下结构模型的风洞试验，以提供分析中所必需的气动参数，增加了工作量和试验费用。

上述针对斜风的分析方法均在频域内进行，因此只能进行线性分析，不能够很好地应用于大跨度桥梁等非线性结构体系。另一方面，尚未检索到在时域内进行大跨度桥梁抖振响应理论分析的文章。随着近年来大跨度桥梁结构健康监测系统(SHMS)实测风特性数据的不断增多，迫切需要开发出一整套斜风作用下大跨度桥梁抖振响应分析实用方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是对现有的平均风分解法进行了改进，同时创建了一种专用于气动自激力模拟的单元(Aero-dyn18单元)，在此基础上发展了一套完整的、能够全面考虑各种复杂因素的斜风作用下大跨度桥梁抖振响应时域分析方法，实现了直接由实测风环境数据的输入得到结构抖振响应的输出。

技术方案：本发明的斜风作用下大跨度桥梁抖振响应时域分析方法包括以下步骤：

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：

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