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系統識別號 U0002-2207201900014600
中文論文名稱 曲線橋梁之等值靜力風載重
英文論文名稱 Equivalent Static Wind Loads of Curved Bridges
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 林焯斌
研究生英文姓名 Cheuk-Pan Lam
學號 606380011
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-28
論文頁數 106頁
口試委員 指導教授-林堉溢
委員-鄭啟明
委員-林堉溢
委員-黃明慧
中文關鍵字 橋梁  等值靜力  LRC  慣性力分佈  曲橋  抖振 
英文關鍵字 Bridge  LRC  Equivalent Static Wind Load  Buffeting  Curved Bridges 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 隨著橋梁工程技術的進步,橋梁漸趨狹長,受風反應越來越明顯,因此風洞試驗受到重視,但風洞試驗在進行試驗時,消耗時間大,成本也高,計算過程涉及到風洞試驗和隨機振動分析等複雜過程,不容易為工程設計人員掌握,因此需要更簡便使用的橋梁結構抗風設計方法,等值靜力風載重就是以這一背景下提出。目前最常用以求得等值靜力風載重的方法為LRC法及慣性力分佈,假設振態間互相獨立,並且分別計算出背景反應及共振反應再加以組合,此計算過程非常繁複,並且在複雜結構上可能會有誤差,因此研究主要以在考慮抖振效應,並且在不分開背景反應及共振反應下,考慮振態之間的耦合性,產生等值靜力風載重便是本文之重點。
本論文以數值分析為主,研究內容分為三個部份,第一部份以簡支梁確立理論,並且與背景加共振之做法作出比較,檢視計算結果的差異。第二部份以曲橋為例子,為橋增加曲度使振態更耦合,檢視本文方法使用在耦合性高的橋梁之計算結果。第三部份為S形橋,再進一步增加橋振態的複雜性,與背景加共振之做法比較出與本文方法的差異性。
在氣動耦合不明顯的結構下,以各種方法都會得準確的估算,但以載重分佈來說,以本文方法的結果最具有合理性。在振態耦合度較高的結構上
,本文方法與抖振分析結果誤差最小,特別在扭轉方向及反應為四分之一跨的時侯。
英文摘要 Duo to the improvement of bridge engineering technology, the bridge span is getting longer and the wind response is more significant. Therefore, the wind tunnel experiments of long-span bridges have become more important. But the time consuming and the high costing are the weak points of wind tunnel experiments. And The calculation process involves complicated processes such as wind tunnel test and random vibration analysis, which is not easy for the engineers to use. Therefore, it is necessary to use the wind-resistant design method of the bridge structure which is easier to use, and the equivalent static wind load is proposed in this context. At present, the most commonly used method for obtaining the equivalent static wind load is the LRC method and the inertial force distribution. It is assumed that the modes of structure are independent of each other, and the background reaction and the resonance reaction are respectively calculated and combined. This calculation process is very complicated and there may be deviation in the complex structure. Therefore, the equivalent static wind loads in this study mainly considers the mode and aerodynamic coupling between the vibration modes without separating the background responses and the resonance responses.
This study is based on numerical analysis. The research content is divided into three parts. The first part establishes the theory with simple support beam and compares it with the background plus resonance method to examine the difference of calculation results. The second part takes the curved bridge as an example. The curvature is added to the bridge to make the modal shape more coupled. The method of this method is used to calculate the bridge with significant coupling. The third part is the S-shaped bridge, which further increases the complexity of the bridge modal shape. The differences between this method of the results and the background and resonant method are discussed.
For structures with minor aerodynamic coupling, the results can be accurately estimated by various methods, but the load distribution of this method of this study is the most reasonable. For structures with high aerodynamic coupling, the error of the method of this study compared to the traditional buffeting analysis is the minimum, especially in the torsional direction and at the quarter span.
論文目次 章節目錄
章節目錄 I
表目標 II
圖目錄 II
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 論文內容 3
1-4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2-1前言 5
2-2陣風反應因子 5
第三章 理論背景 10
3-1前言 10
3-2一般橋梁受風之抖振理論 10
3-3曲線橋梁之受風理論 20
3-4抖振反應分析採用之風速頻譜 29
3-5 傳統方法之等值靜力風載重 30
第四章 例題探討 39
4-1前言 39
4-2結構斷面及參數條件 39
4-3例題一:兩百公尺簡支梁 40
4-3-1比較結果與討論 40
4-4例題二:單曲線橋梁 41
4-4-1本文方法之結果 42
4-4-2比較結果及討論 43
4-5例題三:雙曲線橋梁 44
4-5-1本文方法之結果 45
4-5-2比較結果及討論 46
第五章 結論 47
5-1前言 47
5-2結論 47
5-3建議 49
參考文獻 50

表目標
表 4.1端點自由度設定 52
表 4.2 例題一之結構振態與頻率 52
表 4.3 例題一 本文方法與其他方法之對比 52
表 4.4 例題二之結構振態與頻率 53
表 4.5 例題二 模態質量 53
表 4.6 例題二 中點及四分之一跨不同方向載重之貢獻 54
表 4.7 例題二 背景及共振與本文方法之對比 54
表 4.8例題三之結振振態及頻率 55
表 4.9 例題三 模態質量 55
表 4.10 例題三 中點及四分之一跨不同方向載重之貢獻 56
表 4.11 例題三 背景及共振與本文方法之對比 56

圖目錄
圖 4.1 例題之風力係數CD,資料來源:文獻【15】 57
圖 4.2 例題之風力係數CL,資料來源:文獻【15】 57
圖 4.3 例題之風力係數CM,資料來源:文獻【15】 58
圖 4.4 例題之顫振導數H1*,資料來源: 文獻【15】 58
圖 4.5 例題之顫振導數H2*,資料來源: 文獻【15】 59
圖 4.6 例題之顫振導數H3*,資料來源: 文獻【15】 59
圖 4.7 例題之顫振導數A1*,資料來源: 文獻【15】 60
圖 4.8 例題之顫振導數A2*,資料來源: 文獻【15】 60
圖 4.9 例題之顫振導數A3*,資料來源: 文獻【15】 61
圖 4.10 橋體LOCAL方向之定義 61
圖 4.11 風向示意圖 62
圖 4.12 風向示意府視圖 62
圖 4.13 斷面方向之定義 62
圖 4.14 雙曲橋之幾何圖 63
圖 4-3.1 例題一之垂直向形狀函數 63
圖 4-3.2 例題一之扭轉向形狀函數 64
圖 4-3.3 例題一之水平向形狀函數 64
圖 4-3.4 例題一 以梁中點最大Y向位移為目標之等值載重 65
圖 4-3.5 例題一 以梁中點最大XX向扭轉為目標之等值載重 65
圖 4-3.6 例題一 以梁四分之一跨最大Y向位移為目標之等值載重 66
圖 4-3.7 例題一 以梁四分之一跨最大XX向扭轉為目標之等值載重 66
圖 4-3.8 例題一 本文方法的梁中點Y向位移各振態貢獻 67
圖 4-3.9 例題一 本文方法的梁四分之一跨Y向位移各振態貢獻 67
圖 4-3.10 例題一 本文方法的梁中點XX向扭轉各振態貢獻 68
圖 4-3.11 例題一 本文方法的梁四分之一跨XX向扭轉各振態貢獻 68
圖4-4.1 例題二之垂直向形狀函數(LOCAL) 69
圖4-4.2 例題二之扭轉向形狀函數(LOCAL) 69
圖4-4.3 例題二之水平向形狀函數(第四振態)(LOCAL) 70
圖4-4.4 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(梁中點Y向位移) 71
圖4-4.5 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(梁中點Y向位移) 71
圖4-4.6 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(梁中點XX向扭轉) 72
圖4-4.7 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(梁中點XX向扭轉) 72
圖4-4.8 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(梁中點Z向位移) 73
圖4-4.9 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(梁中點Z向位移) 73
圖4-4.10 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨Y向位移) 74
圖4-4.11 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨Y向位移) 74
圖4-4.12 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨XX向扭轉) 75
圖4-4.13 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨XX向扭轉) 75
圖4-4.14 例題二 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨Z向位移) 76
圖4-4.15 例題二 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨Z向位移) 76
圖4-4.16 例題二 以梁中點最大Y向位移為目標之等值載重 77
圖4-4.17 例題二 以梁中點最大XX向扭轉為目標之等值載重 77
圖4-4.18 例題二 以梁中點最大Z向扭轉為目標之等值載重 78
圖4-4.19 例題二 以梁四分之一跨最大Y向位移為目標之等值載重 78
圖4-4.20 例題二 以梁四分之一跨最大XX向扭轉為目標之等值載重 79
圖4-4.21 例題二 以梁四分之一跨最大Z向位移為目標之等值載重 79
圖4-4.22 例題二 背景載重各振態貢獻(最大Y向位移為目標) 80
圖4-4.23 例題二 共振載重各振態貢獻(最大Y向位移為目標) 80
圖4-4.24 例題二 背景載重各振態貢獻(最大XX向扭轉為目標) 81
圖4-4.25 例題二 共振載重各振態貢獻(最大XX向扭轉為目標) 81
圖4-4.26 例題二 背景載重各振態貢獻(最大Z向位移為目標) 82
圖4-4.27 例題二 本文方法各振態貢獻(以梁中點最大Y向位移為目標) 82
圖4-4.28 例題二 本文方法各振態貢獻(以梁中點最大XX向扭轉為目標) 83
圖4-4.29 例題二 本文方法各振態貢獻(以梁四分之一跨最大Y向位移為目標) 83
圖4-4.30 例題二 本文方法各振態貢獻(以梁四分之一跨最大XX向扭轉為目標) 84
圖4-4.31 例題二 本文方法的梁中點Y向位移各振態貢獻百分比 84
圖4-4.32 例題二 本文方法的梁中點XX向扭轉各振態貢獻百分比 85
圖4-4.33 例題二 本文方法的梁中點Z向位移各振態貢獻百分比 85
圖4-4.34 例題二 本文方法的梁四分之一跨Y向位移各振態貢獻百分比 86
圖4-4.35 例題二 本文方法的梁四分之一跨XX向扭轉各振態貢獻百分比 86
圖4-4.36 例題二 本文方法的梁四分之一跨Z向位移各振態貢獻百分比 87
圖4-5.1 例題三之垂直形狀函數 87
圖4-5.2 例題三之扭轉向形狀函數 88
圖4-5.3 例題三之拖曳向形狀函數 88
圖4-5.4 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(中點Y向位移) 89
圖4-5.5 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(中點Y向位移) 89
圖4-5.6 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(中點XX向扭轉) 90
圖4-5.7 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(中點XX向扭轉) 90
圖4-5.8 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(中點Z向位移) 91
圖4-5.9 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(中點Z向位移) 91
圖4-5.10 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨Y向位移) 92
圖4-5.11 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨Y向位移) 92
圖4-5.12 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨XX向扭轉 93
圖4-5.13 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨XX向扭轉) 93
圖4-5.14 例題三 本文方法的X,Y,Z方向之等值載重(四分之一跨Z向位移) 94
圖4-5.15 例題三 本文方法的XX,YY,ZZ方向之等值載重(四分之一跨Z向位移) 94
圖4-5.16 例題三 以梁中點最大Y向位移為目標之等值載重 95
圖4-5.17 例題三 以梁中點最大XX向扭轉為目標之等值載重 95
圖4-5.18 例題三 以梁中點最大Z向位移為目標之等值載重 96
圖4-5.19 例題三 以梁四分之一跨最大Y向位移為目標之等值載重 96
圖4-5.20 例題三 以梁四分之一跨最大XX向扭轉為目標之等值載重 97
圖4-5.21 例題三 以梁四分之一跨最大Z向位移為目標之等值載重 97
圖4-5.22 例題三 背景載重各振態貢獻(最大Y向位移為目標) 98
圖4-5.23 例題三 共振載重各振態貢獻(最大Y向位移為目標) 98
圖4-5.24 例題三 背景載重各振態貢獻(最大XX扭轉為目標) 99
圖4-5.25 例題三 共振載重各振態貢獻(最大XX扭轉為目標) 99
圖4-5.26 例題三 背景載重各振態貢獻(最大Z向位移為目標) 100
圖4-5.27 例題三 共振載重各振態貢獻(最大Z向位移為目標) 100
圖4-5.28 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁中點最大Y向位移為目標) 101
圖4-5.29 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁中點最大XX向扭轉為目標) 101
圖4-5.30 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁中點最大Z向位移為目標) 102
圖4-5.31 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁四分之一跨最大Y向位移為目標) 102
圖4-5.32 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁四分之一跨最大XX向扭轉為目標) 103
圖4-5.33 例題三 本文方法各振態貢獻(以梁四分之一跨最大Z向位移為目標) 103
圖4-5.34 例題三 本文方法的梁中點Y向位移各振態貢獻百分比 104
圖4-5.35 例題三 本文方法的梁中點XX向扭轉各振態貢獻百分比 104
圖4-5.36 例題三 本文方法的梁中點Z向位移各振態貢獻百分比 105
圖4-5.37 例題三 本文方法的梁四分之一跨Y向位移各振態貢獻百分比 105
圖4-5.38 例題三 本文方法的梁四分之一跨XX向扭轉各振態貢獻百分比 106
圖4-5.39 例題三 本文方法的梁四分之一跨Z向位移各振態貢獻百分比 106




參考文獻 參考文獻
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