[发明专利]一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁抗风设计和研究领域，具体涉及一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法。

背景技术

随着交通量的日益增加，桥梁必须具有更宽的桥面和更多的车道才能满足通行需求。为避免桥面过宽带来的结构受力(主梁横向弯矩过大，畸变和剪力滞等)和美观问题，实际工程中经常会采用平行双幅桥梁。平行双幅桥可分为两类：第一类是同时新建的平行双幅桥，第二类在已有桥梁附近扩建一座类似的桥梁从而构成平行双幅桥。近年来，平行双幅桥以其更大的通行能力越来越多地被设计应用,如美国的Fred Hartman大桥和Tacoma大桥，日本的尾道大桥和名港西大桥以及我国广东省佛山市平胜大桥和山东省青岛海湾红岛航道桥等等。

随着设计理论和施工技术的不断进步，桥梁结构呈现出大跨化和轻柔化的发展趋势，结构刚度和阻尼不断降低，这使得大跨桥梁结构对风的敏感性更加突出。风对桥梁的作用包括静力作用和动力作用，风致静力作用又包括静风荷载作用与风致静力失稳，与动力失稳相比，静力失稳发生前没有任何先兆，突发性强，破坏性更大。因此，风致静力作用具有重要的研究价值。

静风失稳是指结构在给定风速作用下，主梁发生弯曲和扭转变形，一方面改变了结构刚度，另一方面因结构姿态的变化改变了风荷载的大小，并反过来增大结构的变形，最终导致结构失稳的现象。随着风速的增长，当结构变形引起的抗力增量小于外荷载增量时，就会发生静风失稳。静风失稳是静风荷载与结构变形耦合作用的一种体现。静风失稳危及桥梁安全，应绝对避免其发生。

与传统的单幅桥梁类似，大跨度平行双幅桥梁同样存在静风失稳的可能性，需进行静风稳定分析。但与传统的单幅桥梁的不同之处在于，双幅桥面之间净间距一般不大，气流流经时会在上下游桥面之间产生复杂的气动干扰效应，可能对大桥的静力和动力抗风性能产生一定的影响。

因此，需要一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中没有大跨度平行双幅桥梁的缺陷，提供一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法采用如下技术方案：

一种大跨度平行双幅桥梁静风稳定分析方法，所述平行双幅桥梁包括相互平行的上游桥梁和下游桥梁，包括以下步骤：

1)、首先识别出上游桥梁主梁断面的静三分力系数；

2)、建立上游桥梁的有限元模型，并在自重作用下非线性求解；

3)、提取上游桥梁的主梁单元扭转角，计算该状态下的静三分力系数，此时，主梁的有效攻角均等于初始攻角α₀；

4)、设定初始风速V₀和风速步长ΔV，当前风速V_i＝V₀，并设定迭代次数上限N_max；

5)、计算上游桥梁的主梁各单元的有效攻角α，然后提取上游桥梁主梁各单元的静三分力系数，所述静三分力系数包括在有效攻角α下主梁的阻力系数、升力系数和升力矩系数；

6)、在当前风速V_i下，计算作用在主梁单位长度的横向风荷载P_H、竖向风荷载P_V和扭转力矩P_M，其中，横向风荷载P_H、竖向风荷载P_V和扭转力矩P_M的具体表达式如下：

P_H＝ρV_i²C_H(α)h/2

P_V＝ρV_i²C_V(α)b/2

P_M＝ρV_i²C_M(α)b²/2

式中，C_H(α)、C_V(α)和C_M(α)分别表示在有效攻角α下主梁的阻力系数、

升力系数和升力矩系数；h和b分别表示主梁的侧向投影高度和宽度；ρ为空气密度；V_i为当前风速；