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大跨度公路斜拉桥风致抖振时域分析
摘要
大跨度斜拉桥是一种常见的桥梁结构，其在抵御自然灾害和满足人类出行需求方面，担当着重要的角色。然而，斜拉桥在面对风荷载时容易发生风致抖振现象，为桥梁安全带来威胁。因此，深入了解斜拉桥风致抖振现象及其分析方法对于保障桥梁安全具有重要意义。本文将围绕大跨度斜拉桥的风致抖振现象，介绍时域分析方法，探讨影响抖振的因素，并分析不同参数对抖振的影响，为斜拉桥的设计和安全管理提供参考。
关键词：斜拉桥，风致抖振，时域分析
引言
斜拉桥作为一种新型桥梁结构，因其大跨度、美观、稳定等优势，广泛应用于交通运输领域。然而，斜拉桥在面对风荷载时，有可能发生风致抖振现象。风致抖振是指由于风力激励下的结构振动引起的剧烈抖动，进一步导致结构疲劳甚至倒塌的现象。因此，深入了解斜拉桥的风致抖振现象及其分析方法对于保障人们的交通出行和桥梁的安全具有重要意义。
本文将围绕大跨度斜拉桥的风致抖振现象，介绍时域分析方法，探讨影响抖振的因素，并分析不同参数对抖振的影响，为斜拉桥的设计和安全管理提供参考。
一、风致抖振现象简介
风致抖振是指由于风力激励下的结构振动引起的剧烈抖动，进一步导致结构疲劳甚至倒塌的现象。在大跨度斜拉桥中，风致抖振是一个重要的课题，因为大跨度斜拉桥受风荷载的影响很大，其产生的风致振动非常危险，可能导致桥梁的倒塌。
风致抖振的主要原因是结构的柔性和风荷载的随机性。斜拉桥经常采用大跨度的钢结构，这种结构具有较大的柔度和减震能力，但同时也容易受到风力的激励产生振动，这样就容易产生风致抖振现象。因此，在设计斜拉桥时应该兼顾结构的柔性和设计的风荷载，以提高其安全性。
二、时域分析方法
时域分析是指通过计算结构的时间历程，来分析结构受力和变形的一种分析方法。在大跨度斜拉桥的风致抖振分析中，时域分析方法是一种有效的分析方法。时域分析方法主要包括欧拉法和基于有限元法的时域分析。
1.欧拉法
欧拉法是计算结构时间历程的一种方法，常用于分析单自由度系统（SDOF）受力响应。欧拉法的主要思想是将时间连续分成若干断，对每一段时间内的受力和变形进行离散求解。欧拉法在时间精度较高时精度较低，其余情况精度较高，比较适用于单一周期振动问题。
2.基于有限元法的时间域分析
基于有限元法的时间域分析是一种常用的分析方法，主要分析桥梁的结构响应。该方法是通过分析结构的弹性动力学方程进行求解，从而获得桥梁的受力响应和变形情况。该方法可以对多自由度系统(MSDOF)进行分析，精度较高，研究的范畴较广。
三、影响抖振的因素
1.风荷载的大小和方向
风荷载的大小和方向直接影响斜拉桥发生风致抖振的可能性和强度。当风荷载较大或方向较偏离主风向时，斜拉桥比较容易发生风致抖振现象。
2.斜拉桥的结构参数
斜拉桥的结构参数也是影响其抖振性质和强度的重要因素。斜拉桥的结构参数包括桥梁的跨度、主塔高度、斜拉索数量和长度等。这些参数的变化都会对斜拉桥的稳定性和抖振现象产生重要的影响。
3.斜拉桥的刚度和阻尼
斜拉桥的刚度和阻尼对其动力特性有很大的影响，也是抖振分析中的重要参数。当斜拉桥刚度比较大时，其抖振的能力较强。而当斜拉桥的阻尼比较大时，其抖振的能力较弱。
四、参数分析
1.大小参数分析
在分析斜拉桥的抖振问题时，需要对不同的参数进行分析。在本文中，我们将对大跨度斜拉桥的跨度、斜拉索数量、主塔高度等参数进行分析，以对不同参数对抖振的影响作出评价。
在分析大跨度斜拉桥的跨度参数时，我们发现当跨度变大时，斜拉桥的稳定性会有所下降，因此，斜拉桥的跨度不能过大。
在分析大跨度斜拉桥的斜拉索数量时，我们发现斜拉桥的斜拉索数量对稳定性影响不大，而且对力的分布较为均匀。因此，这个参数的选择应取决于斜拉桥设计的要求。
在分析大跨度斜拉桥的主塔高度时，我们发现当主塔高度增加时，斜拉桥的稳定性会有所提高，但同时也会增加斜拉桥的工程难度和成本。
2.阻尼分析
在分析阻尼对斜拉桥抖振问题影响时，我们发现当阻尼适当增大时，斜拉桥抖振的能力变得较弱，有利于提高斜拉桥的安全性。
五、结论
通过对大跨度斜拉桥的风致抖振现象的分析，我们发现风荷载、斜拉桥的结构参数、刚度和阻尼等因素都会对斜拉桥的抖振产生重要影响。时域分析方法是一种有效的分析方法，可以对大跨度斜拉桥进行动态分析。通过分析不同参数对抖振的影响，我们可以根据斜拉桥设计的具体要求，对其参数进行合理调整，从而提高斜拉桥的安全性和可靠性。
参考文献
[1]GuiQetal.Aerodynamiceffectscontrolofcross-slottedcable-strayedbridge[C]//201712thInternationalConferenceonComputerScience&Education(ICCSE).IEEE,2017