大跨度斜拉橋非線性振動試驗研究

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1、學(xué)校代號10532學(xué)號B11010032分類號O322密級公開博士學(xué)位論文大跨度斜拉橋非線性振動試驗研究學(xué)位申請人姓名孫測世培養(yǎng)單位土木工程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱趙躍宇教授學(xué)科專業(yè)橋梁與隧道工程研究方向大跨度橋梁非線性動力學(xué)論文提交日期2015年7月2日學(xué)校代號：10532學(xué)號：B11010032密級：公開湖南大學(xué)博士學(xué)位論文大跨度斜拉橋非線性振動試驗研究（國家自然科學(xué)基金項目資助編號：11032004）學(xué)位申請人姓名：孫測世導(dǎo)師姓名及職稱：趙躍宇教授培養(yǎng)單位：土木工程學(xué)院專業(yè)名稱：橋梁與隧道工程論文提交日期：2015年7月2日論文答辯日期：2015年7月5日答辯委

2、員會主席：易偉建教授Experimentalstudyofnonlinearvibrationsoflong-spancable-stayedbridgebySUNCeshiB.E.(ChongqingJiaotongUniversity)2007M.S.(ChongqingJiaotongUniversity)2010AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduat

3、eSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHAOYueyuJuly,2015湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研。究所取得的研巧成果除了文中特別加臥標(biāo)注引用的巧容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研。巧做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均己在文中１＾＾明確方式標(biāo)明本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。。作者簽名：日期；年月寺日３學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書、本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留使用學(xué)位論文的規(guī)定，

4、同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可＞１＾＾將本學(xué)位論文的全部＾或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可＾＞采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于。１．□，在保密＿年解密后適用本授權(quán)書２．不保密囚＾＂＂（＞１上相應(yīng)方框內(nèi)打Ｖ請在［＾）。導(dǎo)作者簽名；日期：年月日！導(dǎo)師簽名日期；年月支如ｏｒ燦心爭ＩＩＡ大跨度斜拉橋非線性振動試驗研究摘要大跨度斜拉橋非線性振動問題，一直是土木和力學(xué)領(lǐng)域研究熱點課題之一。大跨度斜拉橋是由主梁、主

5、塔和斜拉索組成的組合結(jié)構(gòu)體系。主塔為相對剛性的受壓構(gòu)件，主梁為相對半剛性的壓彎構(gòu)件，斜拉索為只受拉的柔性構(gòu)件。三者受力不同，力學(xué)特性也有明顯差異，且相互間存在強(qiáng)烈耦合共振行為，尤其是輕柔的斜拉索易發(fā)生大幅非線性振動。為探究斜拉橋耦合共振及斜拉索大幅非線性振動相關(guān)現(xiàn)象機(jī)理，本文從統(tǒng)計、理論、有限元與試驗四方面進(jìn)行研究。主要工作如下：（1）從統(tǒng)計學(xué)角度，研究了斜拉橋主梁和斜拉索力學(xué)參數(shù)的分布規(guī)律和參數(shù)間的統(tǒng)計關(guān)系。收集了國內(nèi)數(shù)十座主跨大于300m的斜拉橋施工圖紙，統(tǒng)計了斜拉索和主梁相關(guān)力學(xué)參數(shù)，探究了各參數(shù)所服從的分布規(guī)律，研究了部分參數(shù)間的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系，確定了各參數(shù)

6、滿足95%置信度的取值范圍，為后續(xù)理論分析和試驗設(shè)計提供實際依據(jù)。研究表明：各參數(shù)均能良好的服從某統(tǒng)計學(xué)分布規(guī)律；不同材料主梁相對豎向和橫向抗彎剛度無明顯差異，而相對軸向剛度和線重明顯不同。斜拉橋跨度越大各項剛度和線重均呈減小趨勢，該“輕柔”特性使其更易產(chǎn)生大幅振動；隨著跨徑增大主梁各剛度及重量的變化相互間不成比例，斜拉橋跨越能力增大主要依靠斜拉索體系支撐，然而，一味依靠斜拉索體系又將面臨主梁軸向受壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性不足的問題。因此，若要進(jìn)一步提升斜拉橋跨度需采用新結(jié)構(gòu)體系；（2）建立了兩端均承受三個方向激勵的斜拉索非線性運動方程?；谠摲匠滩⒔Y(jié)合大跨度斜拉橋常見振

7、型，分別研究了斜拉橋縱向漂移振動，主梁側(cè)向激勵和兩端水平激勵下斜拉索非線性振動特性。研究表明：主梁小幅縱向漂移可有效減小拉索大幅振動，而完全固結(jié)或大幅縱向漂移將加劇拉索大幅振動。從減小斜拉索非線性大幅振動出發(fā)，大跨度斜拉橋應(yīng)設(shè)計成漂浮或半漂浮體系，并設(shè)置合理主梁縱向約束剛度。研究為大跨度斜拉橋設(shè)計成漂浮或半漂浮體系提供了非線性動力學(xué)依據(jù)；強(qiáng)迫振動和參數(shù)激勵是兩種基本激勵模式，若斜拉索端部激勵沿索軸向分量之和bw及橫向分量之和au不變，則斜拉索響應(yīng)不變；兩端水平激勵斜拉索僅考慮亞諧波共振時，可將上下端激勵幅值疊加，按一端水平激勵計算，但若考慮主共振則不能如此簡化；

8、（3）試驗研究了斜拉索自