[发明专利]一种大跨度桥梁颤振临界风速测定方法、计算机

说明书

本发明属于桥梁设计计算领域，公开了一种大跨度桥梁颤振临界风速测定方法、计算机，大跨度桥梁颤振临界风速测定方法为：基于流线型箱梁的气动外形和风攻角共同来确定颤振因子λ的值，结合桥梁跨径和流线型箱梁外形以获取质量和频率参数，最后采用计算公式直接获得桥梁的颤振临界风速。通过本发明计算方法获得的大跨桥梁颤振临界风速与风洞试验的误差在10％以内，可广泛应用到桥梁的方案阶段和初步设计阶段。本发明计算方法不用进行物理的或数值的风洞试验，为定量评估大跨桥梁的颤振稳定性提供了快速准确简便的方法。本发明提供的计算方法与目前《公路桥梁抗风设计规范》中提供的计算方法相比，能够获得详细和准确的计算结果。

技术领域

本发明属于桥梁设计计算技术领域，尤其涉及一种大跨度桥梁颤振临界风速测定方法、计算机。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：现有技术一提出了计入一阶模态的悬索桥弯扭耦合颤振分析方法；现有技术二推导出了大跨度悬索桥弯扭颤振临界风速计算的经验公式；现有技术三提出了采用诺莫图确定桥梁颤振临界风速的方法；现有技术四给出了一个简单的颤振临界风速近似计算公式，并且引入了形状修正系数用来考虑非流线型断面颤振风速的折减效应；现有技术五基于小振幅线性化假设，提出了采用颤振导数和运动参数的线性组合来描述二维桥梁断面自激气动力的半理论半经验模型，并在此基础上给出了颤振临界风速的计算方法；项海帆等将的诺莫图近似拟合成通过原点的直线，提出了一个用于计算三维平板颤振临界风速的实用计算公式，这也是《公路桥梁抗风设计规范》所采用的计算方法。

值得指出的是，《公路桥梁抗风设计规范》中流线型箱梁颤振风速计算所采用的修正系数不够具体和准确地反映气动外形和风攻角对颤振的影响。

综上所述，现有技术存在的问题是：《公路桥梁抗风设计规范》对于流线型箱梁颤振临界风速的修正系数是固定的0.56，不能够反映不同宽高比和不同斜腹板等气动外形对颤振临界风速的影响，也不能得出不同风攻角下的颤振临界风速，对于设计时估算颤振临界风速不准确。

解决上述技术问题的难度和意义：本发明通过实际桥梁算例验证此快速计算方法的准确性，从而为大跨度桥梁在初步设计阶段确定颤振临界风速提供一种快速、简便、准确的方法。解决上述技术问题的难度在于如何量化气动外形和风攻角对采用流线型箱梁的大跨度桥梁的颤振临界风速的影响，以及如何根据桥梁自身的外形参数获得桥梁的动力和质量参数。本发明基于弯扭耦合颤振计算公式，以斜腹板倾角和宽高比为外形变量，量化了气动外形和风攻角变化对流线型箱梁颤振的影响，给出了不同流线型箱梁断面的颤振因子，并采用数据回归方式提供了颤振临界风速计算所需的桥梁动力特性和质量参数的计算公式，从而为大跨度桥梁在方案比选阶段和初步设计阶段确定颤振临界风速提供了一种快速、简便和准确的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明将基于二维弯扭耦合颤振计算公式，结合流线型箱梁颤振因子，并计入桥梁的动力特性和质量参数，提出一种主梁为流线型箱梁的大跨度缆索承重桥梁颤振临界风速的快速计算方法。

本发明是这样实现的，一种大跨度桥梁颤振临界风速测定方法为：

步骤一：以流线型箱梁斜腹板倾角和宽高比为外形变量，通过风洞试验，分别获取了流线型箱梁在0°、±3°和±5°的颤振因子。此步骤得到了颤振因子随气动外形和风攻角变化的表格；

步骤二：采用本专利提供的公式对桥梁的动力特性和质量参数进行计算，包括弯曲和扭转基频、主梁单位长度等效质量、约化惯性半径；

步骤三：对于以流线型箱梁为主梁的大跨度缆索承重桥梁，基于其主梁的气动外形和需要考虑的风攻角，通过表格“流线型箱梁颤振因子”插值可得颤振因子λ，再通过步骤二方法计算获得的桥梁动力特性和质量参数，利用弯扭耦合颤振计算公式便可得到该桥梁的颤振临界风速。

进一步，所述颤振临界风速的计算公式为：