[发明专利]一种平行双幅桥静风稳定分析方法

摘要

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。

主权项

1.一种平行双幅桥静风稳定分析方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、构建数值风洞或物理风洞模型，然后基于该模型获得上游主梁和下游主梁的三分力系数与四个参数的对应关系；所述三分力系数包括阻力系数、升力系数和升力矩系数，所述四个参数包括上游主梁的有效风攻角α、下游主梁的有效风攻角α'、两个主梁的扭转中心间距d和上下高差h；2)、建立空间有限元模型，同时包含上游桥梁和下游桥梁的信息，上游桥梁和下游桥梁的相对位置关系与实桥一致，然后进行自重作用下几何非线性求解；3)、设定初始风速V0和风速步长ΔV，当前风速Vi＝V0，并设定迭代次数上限Nmax；4)、从空间有限元模型中提取上游主梁各单元的扭转角θi、下游主梁各单元的扭转角θi'、上游主梁各单元与下游主梁对应单元的中心间距di和上下高差hi；5)、根据步骤4)中获得的上游主梁各单元的扭转角θi、下游主梁各单元的扭转角θi'以及初始的风攻角α0，计算上游主梁各单元的有效风攻角αi(＝α0+θi)和下游主梁各单元的有效风攻角αi'(＝α0+θi')；然后根据四参数组合(αi,αi',di,hi)利用五维空间内插法分别计算上游主梁和下游主梁各单元的三分力系数；6)、在当前风速Vi下，计算作用在上游主梁各单元的横向风荷载PHi、竖向风荷载PVi和扭转力矩PMi，及下游主梁各单元的横向风荷载PH'i、竖向风荷载PV'i和扭转力矩PM'i；7)、在上游主梁、下游主梁的各单元上分别施加横向风荷载PHi和PH'i、竖向风荷载PVi和PV'i、扭转力矩PMi和PM'i，进行桥梁结构几何非线性求解，获得上游主梁各单元的扭转角θi、下游主梁各单元的扭转角θi'、上游主梁各单元与下游主梁对应单元的扭转中心间距di和上下高差hi，根据下式判断这四个参数的欧几里得范数是否分别小于等于允许值ε1、ε2、ε3和ε4：式中，N为主梁的单元总数；k为当前荷载步编号；i为梁单元序号；8)、如果上述四式中的任一式不成立，则重复步骤5)‑7)；如果迭代次数达到迭代次数上限Nmax，则当前风速难以收敛，此时令当前风速Vi+1＝Vi‑ΔV，然后缩短风速步长，返回步骤5)，重复步骤5)‑7)；如果风速步长小于预定值，则计算结束；如果上述四式全部成立，则当前风速计算结果收敛，输出计算结果，其中，计算结果中包括桥梁结构变形参数，此时令当前风速Vi+1＝Vi+ΔV，重复步骤5)‑7)；9)、根据步骤8)得到的计算结果，得到上游桥梁和下游桥梁的静风失稳临界风速和失稳形态。