[发明专利]一种平行双幅桥静风稳定分析方法

说明书

本发明公开一种平行双幅桥静风稳定分析方法，在计算流体动力学计算或风洞试验中把上游和下游两个桥梁主梁断面同时纳入模型，并变换四个参数(上游主梁的有效风攻角α、下游主梁的有效风攻角α'、两个主梁的中心间距d和上下高差h)得到不同参数组合下的上游主梁和下游主梁三分力系数。同时建立上下游桥梁的空间杆系有限元模型，针对上游主梁的扭转角θ、下游主梁的扭转角θ'、两个主梁的中心间距d和上下高差h等四个参数迭代计算上游和下游桥梁的静风稳定。本发明可以考虑上下游主梁的干扰效应，实现平行双幅桥梁的静风稳定精细化分析，更准确地获得上游和下游桥梁的静风失稳临界风速，以及各级风速下的内力和位移。

技术领域

本发明属于桥梁抗风设计和研究领域，特别涉及一种平行双幅桥静风稳定分析方法。

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。

发明内容

发明目的：针对现有技术中没有专门针对平行双幅桥梁进行静风稳定分析从而造成静风失稳危及桥梁安全的问题，提供一种平行双幅桥静风稳定分析方法。

技术方案：主梁三分力系数是计算静风稳定的基本参数，一般采用风洞测力试验或计算流体力学技术识别。平行双幅桥的两个主梁之间存在气动干扰效应，所以平行双幅桥主梁的三分力系数与单个主梁三分力系数不同。上游主梁的三分力系数与下游主梁也不同，而且两者都受到四个参数的影响：上游主梁的有效风攻角α、下游主梁的有效风攻角α'、两个主梁的中心间距d和上下高差h，如图1所示。因此，无论是上游主梁三分力系数，还是下游主梁三分力系数，都分别是上述四个参数的函数。在不同的风速下，桥梁会发生竖向位移、侧向位移和扭转位移，造成桥梁的空间姿态不同，因此上述四个参数随着风速增长而变化。另一方面，在某级风速下，沿桥梁长度方向上不同位置处上述四个参数也不同。在用风洞测力试验或计算流体力学技术识别三分力系数时，需将上游主梁断面和下游主梁断面同时纳入模型，并变换上述四个参数，测得不同组合下的三分力系数。每个参数的变换范围尽量大，四个参数的组合尽量多，这样才可以覆盖在静风稳定分析过程中可能出现的情况。

为解决上述技术问题，本发明提供一种平行双幅桥静风稳定分析方法，包括如下步骤：