悬索桥抖振响应随跨度的非线性演变分析

摘要

设计了11组不同跨度悬索桥有限元模型.通过风洞实验得到主梁截面的气动三分力系数，运用Matlab工具箱生成B类风场脉动风速时程后得到桥梁抖振力.在此基础上，分析了结构动力特性的变化规律、计算了按几何线性和几何非线性考虑的11个模型的抖振响应.结果表明，随着跨度增大，悬索桥3个方向的自振频率逐渐降低，抖振位移均方根逐渐增大.对于竖向与扭转响应，线性与非线性均方根之间的差值均随跨度逐渐增大；对于侧向响应，两者之间的差值随跨度变化较小，表明几何非线性主要影响了悬索桥竖向和扭转方向上的抖振响应.为探索抖振响应随主跨跨度的演变规律，首先通过频谱分析得到各主要模态的共振响应和背景响应的贡献，然后分析了2类贡献的变化规律，最后拟合得到了主要模态的抖振位移均方根随跨度的变化公式.以一座实际桥梁为数值算例计算了其抖振响应，并将结果与本文拟合公式进行了对比，验证了拟合公式的实用性，可快速估算悬索桥在B类风场中的抖振响应.

关键词

悬索桥 / 抖振 / 几何非线性 / 跨度 / 时域分析方法 / 拟合公式

基金资助

国家自然科学基金（51938012,52068020）; 海南省自然科学基金（520CXTD433）