【摘要】：管道懸索橋是長輸油氣輸送工程中最重要的結(jié)構(gòu)之一,但對于大跨度管道懸索橋,因其跨度大而寬度較小、整體重量輕、基頻低、結(jié)構(gòu)剛度小,致使其在脈動風(fēng)荷載作用下較為敏感。在一年四季基本不停的脈動風(fēng)荷載作用下容易導(dǎo)致疲勞失效,輕者造成重大經(jīng)濟損失,重者造成人員傷亡、環(huán)境破壞,帶來不好的社會影響。本文在相關(guān)背景文獻調(diào)研、工程參數(shù)分析、工程實地考察的基礎(chǔ)上,建立了漾濞江管道懸索橋三維模型和工程所在地空間風(fēng)荷載模型,開展了對其非線性靜力學(xué)及其靜風(fēng)穩(wěn)定性和風(fēng)致抖振響應(yīng)動力學(xué)等研究工作,掌握了結(jié)構(gòu)上風(fēng)荷載的變化規(guī)律、漾濞江管道懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性、不同因素對其靜風(fēng)穩(wěn)定性的影響、不同纜索受風(fēng)的風(fēng)致抖振響應(yīng)特性,為漾濞江管道懸索橋后期維護提供了指導(dǎo)性意見,也為其余類似工程設(shè)計提供了理論支撐。具體研究工作如下所示:首先,通過對管道懸索跨越工程建設(shè)中所存在的力學(xué)結(jié)構(gòu)問題的分析,認(rèn)識到管道懸索橋風(fēng)致響應(yīng)研究在管道懸索跨越工程設(shè)計、維護中的重要性與必要性。在現(xiàn)階段國內(nèi)外管道懸索橋風(fēng)致響應(yīng)研究的基礎(chǔ)上,針對漾濞江跨越工程的結(jié)構(gòu)受力特點,提出了本文的研究方向:基于三維靜風(fēng)失穩(wěn)模型和Davenport準(zhǔn)定常氣動力模型,通過Midas Civil分別開展漾濞江管道懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性和風(fēng)致抖振響應(yīng)研究。其次,基于跨越工程參數(shù)和結(jié)構(gòu)幾何非線性特點,采用Newton-Raphson法,通過Midas Civil建立了符合成橋標(biāo)準(zhǔn)的三維模型,為后續(xù)風(fēng)致響應(yīng)分析奠定了模型基礎(chǔ)。分析了抗風(fēng)索系統(tǒng)的設(shè)置對管道懸索橋固有動力特性的影響,獲得了管道懸索橋結(jié)構(gòu)的振動周期、固有頻率和模態(tài)振型等,證實了抗風(fēng)索系統(tǒng)的設(shè)置對提高橋梁結(jié)構(gòu)剛度的重要性。與此同時,采用M.Shinozuka法,通過Matlab編程將工程所在地脈動風(fēng)載數(shù)字化后轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒┘拥娘L(fēng)速時程函數(shù),并進一步求得了當(dāng)?shù)刈匀伙L(fēng)荷載時程函數(shù),以此作為風(fēng)致抖振時域分析的風(fēng)荷載模型。再次,基于三維靜風(fēng)失穩(wěn)理論,采用內(nèi)外增量雙重迭代法,研究了漾濞江管道懸索橋靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)風(fēng)速,風(fēng)攻角變化、纜索系統(tǒng)受風(fēng)、是否設(shè)置抗風(fēng)索系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:懸索橋的靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)風(fēng)速123.2m/s,未超過當(dāng)?shù)?00年一遇風(fēng)速極值38.7m/s;隨著順風(fēng)向風(fēng)攻角的增大,管道懸索橋的靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)風(fēng)速減小,其靜風(fēng)穩(wěn)定性也隨之降低;纜索系統(tǒng)所承受的荷載比例較大,對管道懸索橋的穩(wěn)定性影響不容忽視;抗風(fēng)索系統(tǒng)的設(shè)置對結(jié)構(gòu)的受風(fēng)響應(yīng)有明顯的抑制作用,能顯著提高結(jié)構(gòu)的整體剛度,增強結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)特性。最后,以漾濞江懸索跨越為工程背景,采用直接積分法,研究了管道懸索橋不同纜索受風(fēng)對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:對于加勁梁、主索、風(fēng)索3結(jié)構(gòu)組件,考慮纜索受風(fēng)越多,響應(yīng)越劇烈,說明纜索系統(tǒng)受風(fēng)對管道懸索橋的抖振響應(yīng)影響較大,在后期工程設(shè)計中應(yīng)予以重視,特別是主索和風(fēng)索的受風(fēng)影響;風(fēng)索在不同工況時的振動強度、振動幅度均較加勁梁、主索的大,說明自然風(fēng)荷載下風(fēng)索響應(yīng)更為靈敏;加勁梁和塔架均出現(xiàn)了局部單元應(yīng)力集中且超出了其應(yīng)力許用范圍,并且拉索的最大應(yīng)力十分接近其許用應(yīng)力,說明在當(dāng)?shù)?00年一遇大風(fēng)面前,整個懸索橋可能會因局部單元失效而出現(xiàn)安全問題。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U448.25

【參考文獻】

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本文編號：2369166