[摘要] 本文是一篇建筑论文，本文以西阜高速胭脂河桥悬浇法挂篮施工为背景进
本文是一篇建筑论文，本文以西阜高速胭脂河桥悬浇法挂篮施工为背景进行三角形挂篮峡谷地形风致响应的研究. 进行地形处理时，需要把地形错误的高程点删除，以免影响地形图的处理，对地形图进行裁剪，截取处计算需要的部分。本文中选取地形为 1000×1000m，将地形导入到 Gambit 中，在 Gambit 软件建立模型，对模型和计算域划分网格，对挂篮所在计算区域采用非结构化网格进行划分，对相邻计算域采用结构化网格进行划分。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
近年来，我国桥梁的建造如雨后春笋，其中有些桥梁需要跨越峡谷或者河流，由于环境的限制搭设支架十分困难，因此悬浇法施工逐步推广开来，悬浇法施工中模板的铺设、钢筋的绑扎、混凝土的浇筑、预应力钢筋的张拉全部在挂篮中完成[1]，对于成桥的质量起决定性作用。由于山谷特殊的地理位置，山谷中风速较大，且风速是随高度地增加而增大。国外在悬浇法施工桥梁的施工期挂篮风致响应方面的研究起步较早，像欧洲和美国等发达国家己将施工风致响应控制纳入常规施工安全控制管理工作中，同时建立起了相对完善的桥梁施工设施风振控制预警机制。新中国成立后，我国逐渐和国外先进的桥梁建造技术接轨，学习并引进了悬浇法施工技术。悬浇法施工桥梁如图 1-1 至图 1-4 所示。
但是悬浇法也有其自身的不足，悬浇法相对于支架施工速度要慢，安全性也相对较低，这就需要设计者和施工人员格外注意。由于悬浇法施工所用的挂篮基本上都是钢结构，需要根据实际情况结合计算选择挂篮各部分构件的材料属性和截面属性，而且挂篮属于大跨度的结构，所以挂篮一般柔性较大，自振频率低，山谷中往往风速较大，这样在挂篮设计时风荷载要重点考虑，由于悬浇法在我国起步晚，各种规范不够完善，对于挂篮抵抗风荷载，规范中只是简单地做了说明，没有形成完整的理论，或者计算公式，有些设计人员会依靠经验值去计算挂篮的风荷载，在现有的大环境下，对于挂篮风致响应的研究就显得至关重要.
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
我国对于结构风致响应[2-4]的研究相比于发达国家起步较晚，改革开放以后我国积极学习国外先进的风致响应理论，并结合我国国情，逐步形成有自己特色的理论。但对于高墩大跨连续桥梁及其施工器具风致响应的研究还不够完善。目前我国对于风荷载的研究主要有三种方法：数值模拟[5-6]、风洞试验[7-9]和现场实测[10]。
2008 年北京交通大学的姚志东[11]等人对风压风场进行研究，与传统的现场实测不同，他们的工作团队运用流体动力学软件 Fluent 进行结构进行数值模拟[12]，对作用在结构的风压和风场进行研究，改变风速和风攻角等变量，得出风压和风场的变化，总结变化规律，根据天河机场航站楼为实例，就是运用以上方法，进行分析，得出结论，为大跨度桥梁等结构抗风的研究提供有价值的参考。
华中科技大学的杨天才教授[13]于 2008 年开始研究脉动风对于大跨连续刚构桥的风致响应，其中脉动风场的模拟采用线性滤波法，进行桥的抖振响应分析，并将结果与静风对于桥梁的风致响应进行比较，分析得出两者之间的关系。从结果中发现静风风致响应小于脉动风的抖振响应。
2010 年杨炳成教授[14]开始对高墩大跨连续刚构桥的研究，主要研究桥梁施工期的风致响应，根据工程实例，得出桥梁在最大悬臂状态下为风致响应最大阶段，并结合风洞试验结果，对桥梁进行风险分析。
华旭刚[15]对钢桁架桥梁三门峡黄河大桥建设中，用有限元软件分析，在静风荷载和推动冲击效应联合作用下，对桁架的冲击系数达到 1.042，说明风荷载对桁架影响较大。
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第 2 章 研究方法与理论
2.1 风的基本理论
风是生活中一种最常见的自然现象，无时无刻不在发生。当太阳照射地表时，地表温度随之上升，使地表的空气受热膨胀变轻而上升，地表热空气上升后，温度相对较低的冷空气从横向流入，上升的热空气因逐渐冷却降落，随之地表热空气上升，这种空气不停的流动就产生了风。风的流动方向和大小很多时候是不确定的，我们感受到的风指的是风流动中的水平分量。
空气在单位时间内流动的水平距离称为风速。“蒲福风级”是于 1805 年英国人蒲福（Francis Beaufort）提出的风力等级，共分为 0~17 级，如表 2-1 所示。
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2.2 CFD 基本理论
2.2.1CFD 概述
Computational Fluid Dynamics 简称 CFD，就是我们所说的计算流体动力学。随着计算机的普及，数值模拟的方法应运而生，20 世纪 60 年代，CFD 数值模拟的方法产生，CFD 数值模拟原理是基于计算流体力学基本原理，对结构周围的流场特性进行仿真模拟，得到流场特性，并将仿真结果直接显示在计算机上。随着计算机的发展，数值模拟技术越来越成熟，开发出的 CFD 软件也越来越多，如 CFX、Fluent、FIDAP、PHOENICS、STAR-CD 等。
与风工程常用的风洞试验计算风压风速相比，数值模拟具有计算周期短、工况变化灵活等优点，便于优化设计，广泛的应用于实际工程[51-52]，CFD 求解过程可用图 2-1 所示。本文利用 Fluent 软件对三角形挂篮风场特性进行模拟，根据现场实测得到风向和风速等参数，通过 Fluent 软件计算得到三角形挂篮风场特性。
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3.1 工程概况...............................19
3.2 Gambit 数值模型..............................19
第 4 章 三角形挂篮静力分析.........................................37
4.1 概述............................................37
4.1.1 三角形挂篮施工技术参数..................................37
4.1.2 三角形挂篮构造...................................37
第 5 章 三角形挂篮风致响应分析...................55
5.1 平均风速下三角形挂篮风致响应分析..................55
5.1.1 平均风 Fluent 计算结果................................55
5.1.2 浇筑工况平均风风致响应分析................57
第 5 章 三角形挂篮风致响应分析
5.1三角形挂篮自振特性分析
使用 Midas Civil 进行结构的自振特性分析时，首先将三角形挂篮自重和作用在三角形挂篮上的荷载转化为质量（如图 5-49 至 5-50 所示），然后进行三角形挂篮的自振特性分析。
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第 6 章 结论与展望
6.1 结论
悬浇法施工所用的挂篮柔性较大，自振频率低，当风振频率与挂篮自振频率接近时，挂篮容易发生破坏。对挂篮风致响应的研究有助于挂篮的设计和实际使用。本文结合西阜高速胭脂河桥悬浇法挂篮施工为背景进行三角形挂篮风致响应的研究，得出以下结论：
(1)进行地形处理时，需要把地形错误的高程点删除，以免影响地形图的处理，对地形图进行裁剪，截取处计算需要的部分。本文中选取地形为 1000×1000m，将地形导入到 Gambit 中，在 Gambit 软件建立模型，对模型和计算域划分网格，对挂篮所在计算区域采用非结构化网格进行划分，对相邻计算域采用结构化网格进行划分。
(2)实测结果表明，随着高程和环境的不同，测点的平均风速，最大风速和阵风因子不尽相同，出现了一些不规律性风速在测点 C 相对于其他测点没有随高度的增加而变大；但是测点 C 的阵风因子为 2.01，说明胭脂河地形湍流效应明显，在分析时应考虑阵风因素。
(3)对三角形挂篮进行静力分析，改变三角形挂篮端部和中部节点的约束条件，进而分为浇筑工况和行走工况两种工况进行，结果显示两种工况下三角形挂篮各部分杆件应力应变均在合理范围内。
(4)对三角形挂篮进行风致响应分析，基于脉动风场的模拟，采用 Matlab 软件应用谐波合成法进行模拟；平均风场模拟使用 Fluent 软件中自带的 UDF 程序进行模拟。根据对挂篮风致响应分析的结果显示平均风作用下行走工况挂篮水平位移变化明显，最大可达到 63.5mm；脉动风作用下，两种工况挂篮均没有太大变化，但不能忽略抖振对于挂篮的破坏作用。
(5)三角形挂篮的特征值分析中，浇筑工况和行走工况中三角形挂篮模板体系和前横梁摆动较大，主桁架摆动较小。
参考文献（略）
