亮化灯具对既有斜拉索风致振动影响的试验研究

为了装点城市夜景,对既有大跨度斜拉桥进行光彩亮化改造已成为一种趋势,但是安装照明灯具将显著改变斜拉索的气动形状,影响结构气动稳定性。为保证结构的安全及耐久性,通过风洞试验研究了安装灯具后斜拉索的抗风性能,评价亮化灯具对既有斜拉索产生的影响。以三种不同管径斜拉索为研究对象,制作了几何缩尺比为1∶1的节段模型,开展了测力和测振的风洞试验。研究结果表明:灯具的存在将显著改变斜拉索的气动外形,提高其背风侧漩涡脱落的频率,使斜拉索在更低的来流风速下就具备发生涡激共振的可能性。此外,灯具对斜拉索风雨激振的影响较为有限,对斜拉索干索驰振有一定的抑制作用。     

中间索面斜拉桥并列拉索尾流驰振数值研究

针对中间索面斜拉桥并列拉索的尾流驰振,本文在驰振基本理论的基础上结合大涡数值模拟方法进行了数值研究。研究首先回顾了驰振的基本理论,进一步利用大涡数值风洞模拟方法获得了横风下并列拉索的静风荷载系数,并分析了不同风攻角时上游索对下游索三分力系数的影响。在驰振判别原则的基础之上开展并列拉索尾流驰振的判别方法和发生风速的研究。结果表明上游拉索不会发现驰振失稳,下游拉索则发生驰振失稳的可能性很高,同时提高拉索结构阻尼比或者改变拉索局部振动频率均能有效地提高尾流驰振发生风速。论文最后建议并列拉索采用连接器相连的措施以提高拉索局部振动的频率,该措施可以极大地提高拉索尾流驰振稳定性。     

斜拉桥并列拉索尾流驰振风洞试验研究

与水平布置的理想并列圆柱不同,自然风作用下斜拉桥并列拉索的气动绕流具有明显的三维特征。以实际工程中的并列拉索为工程背景,研制了一套并列拉索尾流驰振模型风洞试验装置,发展了相应的试验方法。针对远距失稳区拉索尾流驰振现象,通过较为系统的模型风洞试验,讨论了模型索尾流驰振轨迹的特点,对比分析了拉索间距、来流风向角、来流风攻角等对下流索振动特性的影响。研究结论对斜拉桥拉索的抗风设计具有指导意义。     

覆冰斜拉索驰振稳定性的理论研究

覆冰斜拉索可能会发生驰振振动并影响到斜拉桥的安全。在进行风洞试验对6种覆冰拉索模型测力的基础上,推导了覆冰拉索1阶模态驰振的运动微分方程,并采用龙格-库塔法进行求解,得到了拉索的驰振响应规律。以海南洋浦大桥为工程背景,研究了中跨最长拉索M18的驰振临界风速,研究了覆冰长度、拉索阻尼比等对驰振临界风速的影响。结果表明,在新月形、扇形和D形覆冰条件下,中跨最长拉索M18的驰振临界风速在10-15m/s范围内,远小于基本风速,存在发生驰振可能性;随着阻尼比的增加、覆冰长度的变短以及拉索长度的变短,驰振临界风速增加。     

斜拉桥斜拉索表面损伤状态下风致振动特性研究

斜拉桥斜拉索在生产、运输、安装和运营过程中,可能产生划痕、裂缝等损伤,研究斜拉索在表面损伤状态下的风致振动特性,对于准确评估斜拉索在其服役期内的气动稳定性能具有重要意义。通过对光滑和表面存在凹痕的斜拉索模型进行风洞测振试验,分析了雷诺数、来流风向和凹痕尺寸等参数对斜拉索风致振动特性的影响规律,并对振动状态进行了初步判断。结果表明,表面存在凹痕的斜拉索模型的振动特征随雷诺数的整体变化趋势近似于光滑模型,但存在最不利风向,在此风向下,与光滑模型相比,表面存在凹痕的斜拉索模型的风致振动不仅在较低雷诺数发生,而且振幅较大,发生振动的雷诺数区间也较宽。此外,凹痕尺寸对斜拉索模型在试验雷诺数范围内风致振动特性的影响也非常显著,但并非简单的单调关系,而是与来流风向相关。根据模型风致振动频率与Den Hartog驰振准则,初步判断此风致振动不为涡激振动,而为驰振。     

三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风的作用下,可能诱发驰振。大幅的驰振将威胁到拉索结构的安全,因此,有必要对覆冰拉索的驰振稳定性进行深入的研究。应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维覆冰斜拉索的绕流场进行数值模拟,得到全攻角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。结果表明：经过三维模拟计算的覆冰拉索的部分驰振力系数小于零,并且驰振临界风速较小,斜拉索易发生覆冰驰振;与风洞试验和二维模拟数据比较,三维覆冰斜拉索模拟获得的气动力系数比二维更接近试验值。     

错列斜拉索尾流驰振及其抑振措施研究

以实际工程中的斜拉桥错列斜拉索为工程背景,设计了一套斜拉索风洞试验装置,对非平行的双排斜拉索进行了气弹模型风洞试验,研究了风攻角和风偏角对拉索振动的影响。试验观察到下游拉索发生明显的尾流驰振,尾流驰振的振幅及轨迹受风攻角与风偏角的影响显著。当风攻角为5°、风偏角为10°时下游拉索最容易发生大幅尾流驰振,因此将此组合工况定为最不利工况。针对此最不利工况施加了三种抑振措施,分别为刚性杆连接、弹性杆连接和增加阻尼,试验结果表明加刚性连接杆或弹性连接杆成功抑制尾流驰振,而当阻尼比小于0.68%时,增加阻尼对尾流驰振的抑振效果不明显。     

基于能量方法的拉索尾流驰振风洞试验研究

为了研究近距失稳区并列拉索尾流驰振性能,发展了基于能量方法的风洞试验方法。采用强迫振动装置重现了拉索尾流驰振现象,通过能量判断方法分析了下游拉索尾流驰振的运动方向和不稳定区域。从气动力对下游拉索做功的角度,研究了其振动机理,并对比分析了下游拉索不同振幅、来流风速以及频率对尾流驰振性能的影响。试验研究表明,基于能量分析方法所得到的结果与已有结论较为吻合,验证了该方法的可靠性。     

斜拉桥拉索雨风振机理探讨

斜拉桥拉索在雨和风联合作用的特定条件下,会产生大幅强烈的振动。其振动机理引起了人们极大关注。将风场中带水线的拉索简化为二维含水线影响的拉索绕流问题进行了流场分析。通过计算得到了拉索的气动载荷,根据这些气动载荷,采用水线相对拉索运动和不运动的两种简化模型进行了拉索的振动分析,结果表明雨风振是涡振和驰振耦合作用的结果。     

应用碳纤维索的斜拉桥地震响应分析

以在建的杭州湾跨海大桥北航道桥为对象,采用强度等效的原则将原桥的钢丝索替换成碳纤维索,利用能考虑拉索局部振动的斜拉桥地震响应分析程序,分析比较了同一地震荷载作用下碳纤维索斜拉桥与钢丝索斜拉桥的振动特性及地震响应差异,并探讨了引起差异的根本原因。结果表明:索桥耦合振动是引起两种拉索斜拉桥的振动特性和地震响应存在差异的根本原因,碳纤维索的自振频率高,发生索桥耦合振动的可能性低于钢索斜拉桥,同一地震荷载作用下碳纤维索斜拉桥的地震响应要较钢丝索斜拉桥有不同程度的降低。     

大长细比钝体构件涡激共振与驰振的耦合研究

当细长结构的驰振临界风速位于涡激共振风速锁定区间内或者接近时,存在涡激共振与驰振两种不同类型风振现象耦合的可能。该文对这两种振动耦合进行了理论推导并建立了相关的耦合振动预测模型;根据3个大长细比钝体构件的工程实例,通过数值模拟和风洞试验等手段获得的相关风振参数分别估算了两类振动的临界风速与锁定区间。由风洞试验测得的构件实际振动曲线与预测模型吻合良好,从而证实了一定条件下构件涡激共振和驰振存在耦合的可能,定性地说明了在两种不同振动机理下产生的气动负阻尼会相互叠加并共同抵消结构机械阻尼,使涡激共振幅值增大,驰振临界风速提前。     

考虑摆动效应的覆冰导线两自由度驰振稳定性分析

该文推导了考虑覆冰导线摆动的水平竖向耦合两自由度驰振模型,结合覆冰导线模型高频天平测力试验结果,采用劳斯判据分析了基于导线自振特性的广义两自由度准椭圆形覆冰导线的驰振稳定性。分析结果表明:在进行准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析时,气动力系数需采用七阶以上多项式描述;导线摆动对稳定性分析影响较大,不考虑导线摆动影响分析得到的不稳定风向角范围偏小,临界风速偏大;提高结构阻尼可以有效的提高驰振临界风速。最后得到了准椭圆形覆冰导线两自由度驰振稳定性分析的一般结论。     

准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型

以三维连续斜拉索为研究对象,推导了风雨激振发生时拉索在面内面外的运动微分方程,建立了准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振的理论模型。为简化复杂问题,将水线的运动规律近似成正弦形式,并且假定水线平衡位置、水线振动幅值与来流风速的关系。首先将水线固定在拉索表面,得到了典型驰振的响应;接着详细研究了来流风速、水线振动频率、水线形成位置、风速剖面和拉索阻尼比等对三维连续拉索的风雨激振响应的影响。