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1、大跨度橋梁靜風(fēng)失穩(wěn)的原因分析Theanalysisofaerostaticstabilityforlong-spanbridges摘要本文綜合考慮了靜風(fēng)荷載非線性和結(jié)構(gòu)幾何非線性的影響，采用風(fēng)荷載增量與雙重迭代相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究大跨度懸索橋靜風(fēng)失穩(wěn)時及失穩(wěn)后的形態(tài)，以及不同失穩(wěn)形態(tài)的發(fā)生機(jī)理。通過分別加大三分力系數(shù)中某個分量的方式，揭示每個分量對橋梁靜風(fēng)失穩(wěn)的影響，并進(jìn)一步探討結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形態(tài)與三分力系數(shù)的關(guān)聯(lián)性。對比不同攻角下大跨度懸索橋靜風(fēng)失穩(wěn)的發(fā)展路徑，討論不同攻角區(qū)段三分力系數(shù)的作用。Abstract：Inthispaper,consideringthenonlinearstat
2、icwindloadsandstructuraleffectsofgeometricnonlinearity,theuseofwindloadincrementanddualiterativemethodofcombining,focusingonlongspansuspensionbridgesformaerostaticstabilityandinstabilityafter,aswellasdifferentlossthemechanismofstablemorphology.Increasedbyone-third,respectively,inthemannerofaforce
3、coefficientcomponents,eachcomponentofthebridgerevealstheinstabilityofstaticwindeffects,andtofurtherexploretherelationshipbetweenmorphologyandstructuralinstabilitythirdscoefficient.Comparisonofdifferentanglesofattacklongspansuspensionbridgesstaticinstabilityofwinddevelopmentpath,angleofattacktodis
4、cusstheroleofdifferentsectionsthirdscoefficient.關(guān)鍵詞：失穩(wěn)形態(tài)阻力系數(shù)初始風(fēng)攻擊角靜風(fēng)三分力系數(shù)多位置平衡Keywords:morphologicalinstabilityinitialwinddragcoefficientofstaticwindangleofattackmorethanone-thirdofthepositionofequilibriumcoefficient一、前言早期的靜風(fēng)穩(wěn)定性分析基于線性方法進(jìn)行，通過假定結(jié)構(gòu)不同的失穩(wěn)形態(tài)來計算結(jié)構(gòu)靜風(fēng)失穩(wěn)風(fēng)速?！豆窐蛄嚎癸L(fēng)設(shè)計規(guī)范》中靜風(fēng)穩(wěn)定驗證公式計算就是采用線性方法進(jìn)行
5、，其中橫向屈曲失穩(wěn)的計算主要只考慮靜風(fēng)荷載中橫向風(fēng)荷載的作用，扭轉(zhuǎn)發(fā)散的計算也只考慮了靜風(fēng)荷載中扭轉(zhuǎn)力矩作用。目前已建立的基于非線性有限元的靜風(fēng)穩(wěn)定性分析方法同時考慮了結(jié)構(gòu)非線性和靜風(fēng)荷載非線性的影響，并能反映靜風(fēng)失穩(wěn)的發(fā)展過程。二、靜風(fēng)荷載的定義靜風(fēng)荷載是指作用在橋梁結(jié)構(gòu)上氣動力中的定常部分，主梁上的靜風(fēng)荷載可采用體軸坐標(biāo)系或風(fēng)軸坐標(biāo)系進(jìn)行表達(dá)。體軸系下阻力、升力和風(fēng)軸系下阻力、升力如圖1所示，兩坐標(biāo)系下扭轉(zhuǎn)力矩相同。圖1采用體軸坐標(biāo)系的三分力系數(shù)時:轉(zhuǎn)換到結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系下進(jìn)行加載:采用風(fēng)軸坐標(biāo)系的三分力系數(shù)時:轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)系下進(jìn)行加載:式中:為初始風(fēng)攻角，為主梁扭轉(zhuǎn)角，為真實攻角，
6、為空氣平均動壓，分別為主梁的高度、寬度與長度，分別為體軸系荷載對應(yīng)無量綱阻力系數(shù)、升力系數(shù)及力矩系數(shù)，分別為風(fēng)軸系荷載對應(yīng)無量綱阻力系數(shù)、升力系數(shù)及力矩系數(shù)。一、靜風(fēng)穩(wěn)定性分析方法3.1線性方法早期大跨度懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性的計算是基于線性方法進(jìn)行的，按失穩(wěn)形態(tài)分為橫向屈曲和扭轉(zhuǎn)發(fā)散兩種。通過假定結(jié)構(gòu)側(cè)傾與扭轉(zhuǎn)的失穩(wěn)模態(tài)，將風(fēng)荷載簡化為線性荷載，在小變形線性假定的基礎(chǔ)上利用二維模型導(dǎo)出臨界風(fēng)速計算公式。3.2非線性方法大跨度懸索橋為柔性結(jié)構(gòu)，幾何非線性效應(yīng)明顯，變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力平衡方程的影響不能忽略。靜風(fēng)荷載是風(fēng)攻角的函數(shù)，在某一靜風(fēng)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，主梁扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致風(fēng)攻角改變，靜風(fēng)荷載
7、相應(yīng)地發(fā)生變化，因此靜風(fēng)荷載具有非線性。靜風(fēng)穩(wěn)定性分析控制程序具體流程如下：(1)確定初始風(fēng)攻角與起始計算風(fēng)速；(2)由風(fēng)攻角與風(fēng)速得到該風(fēng)速條件下的主梁靜風(fēng)荷載；(3)考慮幾何非線性進(jìn)行內(nèi)層迭代，得到平衡狀態(tài)下懸索橋結(jié)構(gòu)位移；(4)位移收斂判斷,若不收斂執(zhí)行步驟(5)，若收斂執(zhí)行步驟(6)；(5)提取主梁各節(jié)點(diǎn)扭轉(zhuǎn)角，根據(jù)初始風(fēng)攻角和主梁扭轉(zhuǎn)角更新靜風(fēng)荷載，重復(fù)步驟(3)和(4)；(6)增加風(fēng)速,重復(fù)步驟(2)-(4)。一、引起靜
