[發明專利]橋梁風致行為的非線性特性分析方法、存儲介質及服務器

有效

• 申請號: 201811338530.1
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109614650B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 周銳;楊詠昕;葛耀君;杜彥良
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開了一種橋梁風致行為的非線性特性分析方法、存儲介質及服務器，所述方法包括步驟：基于大跨度橋梁的非線性氣動力模型，得到靜風力、自激力、抖振力和渦振力的參數；基于諧波合成法和FFT技術，生成橋址區的不同風場數據；建立橋梁的三維非線性有限元模型，將非線性氣動力單元和風場數據加載到主梁單元，耦合動力計算獲得預定風速區間橋梁的非線性風致行為；應用主梁的位移響應分岔、振動形態和結構破壞模式分析橋梁顫抖振和渦振等多種風致振動的非線性動力行為特性。本發明適用于不同主梁斷面形式和不同結構形式的大跨度橋梁非線性風致行為分析，有助于揭示其風振機理。

技術領域

本發明涉及橋梁抗風分析和非線性動力分析領域，尤其涉及一種大跨度橋梁風致行為的非線性特性分析方法、存儲介質及服務器。

背景技術

近年來，強/臺風頻繁發生，給人類社會帶來了巨大的生命和財產損失，造成大量的工程結構損傷和破壞，嚴重影響了經濟和社會活動。特別地，大跨度橋梁主要處于沿海地區，這些地區的風一般都較大，甚至有可能出現強/臺風正面襲擊的情況；隨著橋梁跨徑的日益增大，大跨度橋梁結構趨于輕柔，結構剛度和阻尼減小，頻率較低，對風的作用更加敏感，導致橋梁結構的風致振動問題日趨突出，風致振動有可能導致交通中斷或使行人喪失安全感，導致橋梁構件過早疲勞破壞，嚴重的還會造成橋毀人亡的慘劇。大跨度橋梁的風致振動主要包括顫振、抖振、渦振、馳振和拉索風雨振動等，然而由于材料非線性、結構非線性和氣動力非線性等非線性因素的存在，使得大跨度橋梁的風致振動可能表現出更為復雜的非線性動力響應，包含了極限環、分岔、混沌等豐富的非線性現象，例如軟顫振在顫振臨界速度處會發生Hopf分岔，產生極限環振蕩；渦振在進入和遠離風速鎖定區間時也會發生Hopf分岔。因此，探索橋梁結構在風致振動過程中的分岔和混沌現象具有非常重要的理論價值和工程意義。

目前，對于大跨度橋梁風致行為的研究主要集中在線性理論，雖然線性理論的研究十分完善，但是不能夠準確的描述大振幅運動的狀態，故不能用于分析大跨度橋梁風致行為的非線性特性研究。由于分岔和混沌理論是一種揭示非線性運動本質的重要研究手段，目前已有學者將分岔和混沌理論運用到橋梁的風致振動問題中研究，以揭示其復雜的運動規律和內在機理。例如，李加武等基于混沌時間序列分析方法建立了二維橋梁風致振動的數學模型，并進行了橋梁顫振和渦振的混沌特性；Caracoglia嘗試用Lyapunov指數數值預測了橋梁的顫振；許坤基于風洞試驗，對于主梁渦振系統的振幅分支、動力穩定及分岔等特性進行了模擬，揭示了主梁渦振系統動力分岔產生的原因。因此，大跨度橋梁風致行為的非線性特性分析是近年來才逐漸被重視和發展起來的。

然而目前的大跨度橋梁風致振動的分析方法中，缺乏能夠精確反映橋梁-風相互作用下各種風致行為的復雜氣動力非線性現象、結構非線性現象、材料非線性現象等的分析方法，也無法解釋各種橋梁風致振動的內在機理。

因此，現有技術還有待于提高和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種大跨度橋梁風致行為非線性特性分析方法、存儲介質及服務器，旨在解決現有技術缺乏精確反映橋梁-風相互作用下各種風致行為的復雜氣動力非線性現象、結構非線性現象、材料非線性現象等的分析方法，導致無法有效揭示橋梁顫抖振和渦振等不同風致振動的作用機理的問題。

本發明的技術方案如下：

一種橋梁風致行為的非線性特性分析方法，其中，包括步驟：

基于大跨度橋梁的非線性氣動力模型，擬合得到靜風力、自激力、抖振力和渦振力子模型的參數；

基于諧波合成法和FFT技術，生成橋址區的不同風場數據；

建立大跨度橋梁的三維非線性有限元模型，將非線性氣動力單元和風場數據加載到主梁單元，耦合動力求解獲得預定風速區間橋梁的非線性風致行為；

應用位移響應分岔、振動形態和破壞失效模式分析大跨度橋梁顫抖振和渦振風致振動的非線性動力行為特性。