海峽大風環(huán)境下大跨度斜拉橋施工控制研究.1767

1/10元起止年月2019年4月至2020年3月科研的情況展順利有一定的研究成果。時溝通該項目的進展與實施；姓名性征研究相應的施工并研究抑振施2/10(一)項目簡介大跨度斜拉橋常采用懸臂施工方法，且各施工期的位移和內(nèi)力具有繼承性。另外，在施工期，結(jié)構(gòu)剛度低，抗風性能較差。在成橋時不太嚴重的抖振在施工期間存在惡化的可能性，成為施工的控制動態(tài)風荷載。本項目首先根據(jù)橋址處實測風場數(shù)據(jù)對脈動風特性分析，然后考慮施工期風荷載對斜拉橋各施工階段各施工控制要素對影響，指導現(xiàn)場施工監(jiān)控，最后評估抖振對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，并研究抑制抖振的控制措施，保障施工安全。(二)研究目的隨著現(xiàn)代橋梁向大跨柔性發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼降低，對風的敏感性增加，風荷載成為大跨度橋梁設(shè)計和施工的主要控制荷載。為了研究橋梁結(jié)東海大橋、杭州灣跨海大橋及港珠澳大橋惡劣。因此，對平潭海峽的具體風場特。斜拉橋是高次的超靜定結(jié)構(gòu)，施工方法和安裝順序不同，則成橋后的結(jié)構(gòu)狀工階段的位移和內(nèi)力具有繼承性，后一施工階段計算分析的基礎(chǔ)是前一施工階段要素(主梁線形、內(nèi)力、索力和橋塔偏位)的影響，才能保證結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力始終處于合理的控制范圍內(nèi)。另外，大跨度斜拉橋常采用懸臂施工方法，施工狀態(tài)下斜拉橋(如裸塔、最大雙懸臂和單懸臂狀態(tài))的結(jié)構(gòu)剛度較低，抗風性能較差，所以一些在成橋時不大的抖振響應會影響橋梁施工期間施工人員和施工器具的安全,甚至會危及整個全性，并研究抑制抖振的控制措施，保障施工安全。(三)研究內(nèi)容平潭海峽公鐵兩用大橋是新建福州至平潭鐵路、長樂至平潭高速公路的關(guān)鍵3/10性控制工程，是合福鐵路的延伸、京福通道的重要組成部分，是連接長樂副中心本研究項目以平潭公鐵兩用大橋為工程背景，對海峽大風環(huán)境下大跨度斜拉橋施(1)橋址所處的海洋強風場環(huán)境的分析與研究通過在施工現(xiàn)場安裝風速儀等設(shè)備，開展風場的連續(xù)監(jiān)測，得到實時監(jiān)測數(shù)據(jù)后。通過對風要素樣本進行選擇與分析，得到平均風的風速風向和脈動風特性，并對各類風特性隨平均風速變化的分布特點和相互之間的相關(guān)性率譜密度函數(shù)等。對分析樣本中的風速數(shù)據(jù)進行風譜擬合，并與規(guī)范中給出的風譜進行比較，得出海洋強風場環(huán)境特征。(2)平均風對鐵路鋼桁梁斜拉橋的施工影響研究建立橋梁施工階段靜風分析模型，研究平均風引起的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力、斜拉索索力變化，通過模型預測、實驗矯正和逐步逼近，給出平均風影響下工過程中橋梁結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力始終在控制范圍內(nèi)，確保成橋線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力。(3)海峽大風環(huán)境下鋼桁梁懸臂端抖振響應實測及振動控制本項目以平潭海峽公鐵兩用大橋為工程背景，對海峽大風情況下的抖振D內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)目前國內(nèi)外針對各類結(jié)構(gòu)已經(jīng)開展了大量風特性實測研究，一些風工程研究發(fā)達的國家已經(jīng)建立了本地區(qū)的風特性數(shù)據(jù)庫,如加拿大和英國的近海風觀測數(shù)得一些風觀測的研究經(jīng)驗,例如曹文俊等[iv]根據(jù)郊區(qū)實測到的風特性數(shù)據(jù),計算了風速譜、溫度譜及動量和熱量通量的協(xié)譜;李秋勝等[v]根據(jù)臺風作用下風場與風致結(jié)構(gòu)響應的同步監(jiān)測,獲得臺風和結(jié)構(gòu)動力特性相關(guān)結(jié)果;葛耀君等[vi]根據(jù)上海地跨度橋梁進行了風場特性試驗研究,重點分析了山區(qū)峽谷風對橋梁結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計的影響;王浩等[viii]基于潤揚長江大橋韋帕臺風現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),進行了橋址區(qū)的強4/10然而上述工作大多只是針對海岸和淺海位置的風特性研究。至今為止，國內(nèi)外對大型土木工程結(jié)構(gòu)進行的長期風特性觀測尚少。近年來我國為了解決跨海交通問題、促進經(jīng)濟發(fā)展，大型跨海橋梁得到廣泛的應用及發(fā)展，針對海洋強風場橋梁抖振是由大氣來流的脈動成分引起的不規(guī)則振動。抖振會使橋梁結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)件和連接部位處于交變應力作用下，產(chǎn)生疲勞損傷而引起構(gòu)件失穩(wěn)或強度雙懸臂施工法時風場引起的抖振響應進行了分析及控制;李敏娜[xi]對多塔斜拉橋在風場下引起的抖振及風載內(nèi)力進行了分析；姚偉[xii]對大跨度公鐵兩用斜拉橋在風場下引起的抖振進行了分析等。通過近年來對大跨度橋梁中抖振產(chǎn)生的影響進(五)創(chuàng)新點與項目特色平潭海峽公鐵兩用大橋是我國第一座公鐵兩用跨海峽大橋，而且平潭海峽是世界三大風口海峽之一，建設(shè)條件十分惡劣。因此，對這種海峽大風環(huán)境的分析與研究在之前是沒有遇到的。而基于本項目得到的實測數(shù)據(jù)的海峽大風場特性分析與研究，不但可以為新海上大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計提供依據(jù)，也可以作為對在役海上結(jié)構(gòu)抗風行為預測的參考。2.大跨度斜拉橋在海峽大風環(huán)境下的振動控制斜拉橋作為一種拉索體系,比梁式橋的跨越能力更大,是大跨度橋梁的最主要工期間的位移、內(nèi)力等影響具有繼承性，在成橋時不是非常嚴重的抖振在施工期間存在惡化的可能，從而影響施工時的安全性與舒適度。在陸地上時，由于脈動于跨海峽的大跨度斜拉橋而言，特別是對平潭海峽公鐵兩用大橋這種處在三大風口海峽中的跨海峽大橋來說，脈動風產(chǎn)生的抖振響應將會比陸地上顯著很多。對在這種海峽大風環(huán)境下產(chǎn)生的抖振響應進行預測研究并進行振動控制，是以前的橋梁設(shè)計研究中較少的。用有限元分析的方法模擬出最佳的抖振控制方案，并使5/10之滿足實際的控制需求，不僅是保證本項目橋梁的施工安全與施工舒適度，還能為今后類似強風場環(huán)境下施工的抖振控制提供一個參考依據(jù)。(六)技術(shù)路線、擬解決的問題及預期成果第一階段，獲取平潭橋橋塔、塔頂和懸臂梁端風場的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，基于觀測數(shù)據(jù)分析橋址處的平均風和脈動風特性，以得到海洋強風場環(huán)境特征；第二階段，借助有限元分析軟件建立鋼桁梁斜拉橋施工階段靜風作用下的結(jié)構(gòu)響應模型，分析平均風引起的結(jié)構(gòu)位移、變形和應力變化、斜拉索索力變化，給出平均風影響下的線形和索力調(diào)整值，并結(jié)合計算結(jié)果指導現(xiàn)場施工監(jiān)控；對其進行一般化推廣，探索同類橋梁的施工控制對策，進而完善海洋強風環(huán)境下鐵路鋼桁梁斜拉橋考慮風振影響的施工控制技術(shù)體系。6/10場；新率譜密度函數(shù))，進而建立出基于有限元分析軟件的能夠較準確地描述風荷載作用下懸臂法施工中的橋梁結(jié)構(gòu)響應模型，能夠得到最大雙懸臂狀態(tài)下鋼桁梁響應情況；制風振的傳統(tǒng)方法提出改進意見，并創(chuàng)新出在懸臂法施工時尤其是最大雙懸臂(七)項目研究進度安排項目預計將在一年的時間內(nèi)完成。(1)學習有關(guān)風特性及風特性分析的相關(guān)原理；(2)依據(jù)獲得的平潭跨海峽公鐵兩用大橋處的海洋強風相關(guān)數(shù)據(jù)對其進行風特性分析和脈動風功率譜的擬合研究工作；7/10(1)依據(jù)已經(jīng)測得并且進行了分析的靜風風特性建立靜風模型；(2)依據(jù)靜風分析模型，研究平均風與其造成的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移等變化的(3)通過模型預測、實驗矯正和逐步逼近，給出平均風影響下的線形和索(1)依據(jù)采集的數(shù)據(jù)及其分析建立脈動風模型，并在此基礎(chǔ)上使用三種不(2)利用有限元原理對對三種方法進行抑振分析；(3)更與以上研究分析，進行總結(jié)整合，得出總結(jié)論；(1)對研究成果進行整理匯總；(2)發(fā)表相關(guān)論文、提交研究報告及申請專利。(八)已有基礎(chǔ)取得的成績控制研究”相關(guān)，已具有一定的技術(shù)積累基礎(chǔ)；在項目開始前，本項目所有人員均已經(jīng)閱讀了與項目相關(guān)的大量文獻，對該項目的內(nèi)容任務等有了詳細的了解；2.已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法對建模軟件及受力分析軟件使用不夠熟練；數(shù)據(jù)。對項目進行實施。8/10[1]中華人民共和國交通部.公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01-2018)[S].北京:人民交通出版社.2019.[2]AndersenOJ,LovsethJ.Galeforcemaritimewind,theFroyadatabase.Part1:sitesandinstrumentation,reviewofthedatabase[J].JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,1995,57:97-109.[3]WillsJAB,GrantA,BoyackCF.Offshoremeanwindprofile.DepartmentofEnergy,OffshoreTechnicalReport,OTH86266,1986.SparksPR,ReidGT,ReidED,etal.WindconditionsinhurricaneHugobymeasurement,inference,andexperience[J].JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,1992,41-44:55-66.[5]王存忠,曹文俊.天津市郊大氣邊界層湍譜特征分析[J].氣象學報,1994,52(4):484-492.[6]陳麗,李秋勝,吳玖榮,等.中信廣場風場特性及風致結(jié)構(gòu)振動的同步監(jiān)測[J].自然災害學報,2006,15(3):169-174.[7]趙林,朱樂東,葛耀君.上海地區(qū)臺風風特性Monte-Carlo隨機模擬研究[J].空氣動力學報,2009,27(1):25-31.[8]陳政清,李春光,張志田,等.山區(qū)峽谷地帶大跨度橋梁風場特性試驗[J].實驗流體力學,2008,22(3):54-59.[9]王浩,李愛群,黃瑞新,等.潤揚懸索橋橋址區(qū)韋帕臺風特性現(xiàn)場實測研究[J].工程力學,2009,26(4):128-133.[10]HuZQ,YangJM,ZhaoYN,etal.FullscalemeasurementforFPSOonmotionsinsix-degreesoffreedomandenvironmentalloadsanddeductionofmooringsystemloads[J].ScienceChina:Physics.MechanicsandAstronomy,2011,54(1):26-34.[11]郭建民，余曉琳等.大跨徑斜拉橋施工雙縣臂狀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