發(fā)布時間：2020-11-06 07:00

　　 隨著斜拉橋跨徑的增大,斜拉索的長度也越來越大。斜拉索一般具有長細比大、剛度小及阻尼低等特點,極易發(fā)生風致振動,如渦激共振、尾流馳振、風雨激振和干索馳振等,其中風雨激振和干索馳振振幅較大,危害嚴重。斜拉索在服役期間,由于風吹日曬和刮擦碰撞等外界作用,可能產(chǎn)生表面損傷和截面形狀改變(缺陷)等情況,由于表面狀態(tài)對斜拉索的繞流形態(tài)和氣動力影響顯著,研究表面損傷和截面形狀改變(缺陷)斜拉索的氣動穩(wěn)定性對于提高斜拉索的使用壽命具有重要意義。與此同時,探索能夠減阻抑振的新型斜拉索也是十分有意義的工作。論文以沿模型通長的凹痕和切面來模擬斜拉索的損傷,以微橢圓截面模型來模擬斜拉索的截面形狀改變(缺陷),分析了兩種狀態(tài)下斜拉索的風致振動特性,并與標準圓柱斜拉索的結(jié)果進行了對比,同時,對特定參數(shù)的波浪形斜拉索的風致振動特性進行了分析,研究結(jié)果表明:(1)表面損傷的斜拉索的風致振幅和振動中心與標準圓柱斜拉索相近,但值得注意的是,當α≈60°左右時,臨界區(qū)明顯提前,風致振動也在較低雷諾數(shù)下發(fā)生。振動時頻特征也與標準圓柱相似,從其機理分析結(jié)果看,其風致振動可能與臨界區(qū)不穩(wěn)定的流場有關。(2)微橢圓截面斜拉索在試驗風攻角范圍內(nèi)的最大振幅相差較大,有的很小,幾乎不振動,有的很大,甚至可以達到標準圓柱斜拉索的2.25倍。時頻特征與表面損傷和標準圓柱斜拉索不同,振動更加穩(wěn)定,時程曲線接近標準的正弦曲線,卓越頻率更加突出。從機理上看,其更加接近馳振,基本上可以用Den Hartog馳振機理進行預測。(3)波浪形斜拉索在試驗雷諾數(shù)范圍內(nèi)幾乎沒有發(fā)生明顯的風致振動,氣動穩(wěn)定性良好,而且其氣動阻力也沒有明顯的增加,表明其具有較好的減振減阻效果。另外,其在試驗雷諾數(shù)范圍內(nèi)的升力幾乎為0,這可能是其不發(fā)生大幅風致振動的原因。
【學位單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U448.27
【部分圖文】：

(4) 尾流馳振尾流馳振是對于并列布置的多根斜拉索而言，下游斜拉索在上游斜拉索流作用下出現(xiàn)的風致振動現(xiàn)象。尾流馳振只在當下游斜拉索的響應頻率比旋渦脫落頻率和上游拉索的響應頻率低時才可能發(fā)生。尾流馳振一般表現(xiàn)索的一階振動，因而尾流馳振發(fā)生時，拉索中段的振幅最大。尾流馳振一般具有以下特點：當斜拉索間隔為 2~5 或 10~20 倍的拉索直發(fā)生；當風速在斜拉索 1 階固有頻率與直徑的乘積的 25~50 倍范圍內(nèi)可能振動；增大阻尼可有效抑制振動[6]。(5) 干索馳振在風雨激振的研究過程中，學者發(fā)現(xiàn)在沒有降雨、降雨量很小或降雨基止的情況下，斜拉索也可能發(fā)生大幅風致振動，在風洞試驗和現(xiàn)場實測過都有觀察到這種現(xiàn)象。如日本的 Meiko-Nishi 斜拉橋上某根 187 m 長的斜拉索在臺風經(jīng)過時發(fā)生烈振動，振幅達到了 1.5 m，甚至破壞了橋的附屬結(jié)構(gòu)和斜拉索的聚乙烯保[7, 8]，如圖 1-1 所示。

圖 1-2 實際調(diào)研斜拉索損傷變可能會對斜拉索周圍的繞流產(chǎn)生極大的穩(wěn)定性。劉慶寬[22-24]通過動力和靜力風洞動力和氣動穩(wěn)定性的影響規(guī)律，結(jié)果表明穩(wěn)定的流場引起的，且粗糙度增大時，雷拉索在較低風速下可能發(fā)生干索馳振。風洞試驗和流跡顯示的方法比較了纏繞螺力特性和繞流形式，發(fā)現(xiàn)表面布置凹坑斜態(tài)的雷諾數(shù)也更小，并且在超臨界區(qū)始終拉索的夾角無關，主要依賴于雷諾數(shù)；纏且具有更大的升力。理想的圓柱體來模擬，其氣動力系數(shù)不會存在缺陷或形狀發(fā)生了改變，其氣動力系生馳振。Flamand[26]和 Katsuchi[27]率先開展

風工程研究手段主要包括現(xiàn)場實測、風洞試驗、理論分析和數(shù)擬四種方法[1, 2]。現(xiàn)場實測為在實際結(jié)構(gòu)上安裝傳感器，實時測量風場和結(jié)風荷載作用下的響應，優(yōu)點是數(shù)據(jù)真實、準確，缺點是存在隨機性、滯后及無法系統(tǒng)研究某些參數(shù)的影響。理論分析是根據(jù)結(jié)構(gòu)的運動方程，對運行求解，但是由于風荷載的復雜性以及流固耦合引起的非線性使得運動方求解難度極大，僅僅幾種非常簡單的情況才有準確的解析解。數(shù)值分析是于大型計算機，依據(jù)有限元理論，對結(jié)構(gòu)與風的相互作用過程進行建模分對于參數(shù)研究以及方案比選具有很大的靈活性，但也存在湍流模型不完善諾數(shù)效應等問題。風洞試驗則是依據(jù)一整套相似理論，在風洞中安裝模型通過模型上安裝的傳感器測量風致響應，然后依據(jù)相似理論反推回實際結(jié)綜合考慮數(shù)據(jù)準確度、研究方便程度以及人力物力花費等各方面因素，風驗是幾種方法中應用最多的，本研究也采用該方法。風洞試驗在石家莊鐵道大學 STDU-1 風洞的高速試驗段進行，試驗段寬m，高 2 m，風速為 0~80 m/s，連續(xù)可調(diào)，背景湍流度 I ≤ 0.2%，風洞示意圖 2-1 所示。
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本文編號：2872810