(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211176688.X (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 唐浩俊　李永乐　莫威　康佳　 张帅　 (74)专利代理 机构 成都东恒知盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51304 专利代理师 罗江 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分 析优化方法 (57)摘要 本发明属于桥梁抗风技术领域， 具体公开了 一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优 化方法， 本发 明针对悬索桥加劲梁吊装初期条带 假定不适用的情况， 建立了一种考虑梁端三维绕 流效应的流固耦合计算模型， 更准确地确定了加 劲梁吊装初期的非线性风荷载； 针对缆索悬吊体 系的轻柔特性， 考虑了桥梁静风响应对风致动力 行为的影 响， 有效提升了悬索桥吊装阶段抗风性 能分析的精度； 通过完善的评价体系确定了优化 措施的有效性,并提高了优化措施在实际工程中 的可实施性。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115455547 A 2022.12.09 CN 115455547 A 1.一种考虑静动力效应的悬索桥施工抗 风分析优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 通过有限元软件建立施工阶段桥梁结构的三维有限元模型， 模拟已吊装梁段 之间的临时连接， 并以各梁段中心作为静动力风荷载的加载位置； 步骤二、 通过计算流体力学软件建立加劲梁端部绕流的三维流固耦合模型， 确定各梁 段的气动力系数和颤振导数； 步骤三、 将步骤二计算得到的气动力系数转换为静风力， 加载到步骤一所建模型的各 梁段上， 求解不同吊装阶段桥梁的静风响应， 评价静风稳定性； 步骤四、 根据步骤二计算得到的颤振导数， 通过新建矩阵单元的方式将自激力加载到 步骤一所建模型的各梁段 上， 求解不同吊装阶段桥梁的复模态特性， 评价气动稳定性； 步骤五、 根据步骤三、 四的结果采用抗 风优化措施进行桥梁抗 风性能优化； 步骤六、 通过谱解法生成脉动风场并计算抖振力， 加载到步骤一所建模型的各梁段上， 求解增设抗风措施后桥梁的抖振响应， 计算抗风措施和梁段之间临时连接的风致内力， 评 价抗风优化措施的可实施性。 2.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 在步骤二中， 通过静态模拟和 动态模拟识别不同梁段的气动力系数和颤振导数； 由静态 模拟识别 静风压力沿桥轴向的分布规律， 确定各梁段的气动力系 数， 由动态模拟识别脉动 风压沿桥轴向的分布规 律， 确定各梁段的颤振导数。 3.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 在步骤三中， 模拟作用在加劲梁上非线性分布的静风力， 并在逐级增大风速的过程中对 各梁段静风力进行迭代更新， 计算施工阶段桥梁的静风响应， 根据桥梁的静风位移评价静 风稳定性； 作用在单个梁段 上的静风阻力 静风升力 静风力矩 计算如下： 其中， ρ 为空气密度， U为来流风速大小， H、 B分别为加劲 梁截面的特征高度、 宽度， L为各 吊装梁段的长度， CD、 CL、 CM分别为各 吊装梁段的阻力系数、 升力系数、 力矩系数， i为各梁段 的编号， αi为桥梁发生静风响应后第i段梁与来流风的相对攻角， i＝0,1,2, …,n， n为计算 吊装阶段已吊装的梁段 数量。 4.根据权利要求3所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 逐级增大风速的过程中， 在某一级风速下， 确定各梁段的静风力， 并计算桥梁的静风响 应， 根据第i个梁段与来流风之间相对攻角 αi的变化， 更新该梁段的静风力， 进行迭代计算， 若迭代收敛则进行 下一级风速计算， 若迭代发散则判断桥梁为静风失稳状态。 5.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 在步骤四中， 通过添加矩阵单元的方式模拟加劲梁上非线性分布的自激力， 并逐级增大权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455547 A 2风速分析施工阶段桥梁的复模态特性， 评价气动稳定性； 作用在单个梁段 上的自激 升力 自激力矩 计算如下： 其中， K为折算频率， hi、 θi分别为第i段梁的竖向位移、 扭转位移， 分别为第i段梁 的竖向速度、 扭转速度， 为第i段梁的颤振 导数。 6.根据权利要求5所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 逐级增大风速的过程中， 在某 一级风速下， 先计算桥梁的静风响应， 若迭代收敛， 在此状 态上添加自激力并进行复特征值分析， 若各模态复特征值的实部均大于或等于零， 则判断 桥梁为气动稳定状态， 若某模态复特 征值的实部小于零， 则判断桥梁为气动失稳状态。 7.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 所述步骤五中的优化措施包括结构优化措施和气动优化措施； 结构优化措施是通过增设临时缆索、 约束措施改善结构的动力特性， 由于结构措施的 安装， 桥梁的静动力 响应特征会发生变化， 故若增设结构优化措施则重复步骤三、 四， 评价 结构优化措施的有效性； 气动优化措施是对加劲梁断面形状的优化， 通过增设竖向稳定板、 水平导流板措施改 善断面的气动外形， 由于断面形状的改变， 对应的气动力系数、 颤振导数都会发生变化， 故 若增设气动优化措施则重复步骤二、 三、 四， 评价气动优化措施的有效性。 8.根据权利要求1所述的考虑静动力效应的悬索桥施工抗风分析优化方法， 其特征在 于： 在步骤六中， 模拟某一级风速下的10 分钟平均风场和多点脉动风场， 生成作用在各吊装 梁段上的抖振力时程， 计算桥梁的抖振响应， 根据优化措施的风致内力及优化措施对梁段 间临时连接风 致内力的影响进一 步评价抗风优化措施的可实施性； 作用在单个梁段 上的抖振阻力 抖振升力 抖振力矩 计算如下： 其中， CD(i)、 CL(i)、 CM(i)分别为第i段梁的阻力系数、 升力系数、 力矩系数， C ′D(i)、 C′L (i)、 C′M(i)分别为第i段梁阻力系数 的斜率、 升力系 数的斜率、 力矩系数的斜率， u(t,i)、 w (t,i)分别为第i段梁在t时刻的横桥向脉动风速、 竖向脉动风速 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455547 A 3