风速对水线及斜拉索振动的影响

斜拉桥拉索的风雨激振是特定风速及降雨条件下的低频、大幅度振动,为研究风速对斜拉索风雨激振的影响,将两自由度滑移理论模型与Comsol软件相结合,大幅提高了计算效率,通过数值计算得到了不同风速下的水线运动规律、拉索气动力变化规律及其振动响应。结果表明:斜拉索发生风雨激振时,横风向振幅约为顺风向振幅的两倍;只有当风速处于特定风速范围内时,斜拉索才会发生明显的风雨激振现象,此时上水线振荡频率及气动力变化频率均接近拉索自振频率,水线与拉索间的共振是风雨激振的主要原因之一。     

带有纵向肋条斜拉索的风雨激振减振机理研究

基于滑移理论,推导耦合的水膜运动方程和斜拉索运动方程,得到了可用于分析任意横断面外形斜拉索的风雨激振理论模型;并建立带有两个纵向肋条的斜拉索外形,通过对方程组进行求解分析水膜形态、斜拉索升力及斜拉索振动响应之间的相互联系,探究其减振机理。结果表明:带有两个肋条的斜拉索虽不能抑制上水线的形成,但与圆形横断面斜拉索的相比,使上水线厚度变薄,并且阻碍水线沿斜拉索表面的周期性滑落,扰乱其与斜拉索振动的频率相关性,使得斜拉索升力周期性特性减弱,从而抑制斜拉索在横风向的大幅度振动,阻碍风雨激振现象的产生。     

三维运动水线斜拉索风雨激振影响因素探究

风雨激振是斜拉索发生大幅振动的情况中较为典型的现象。水线运动规律及其受力情况的分析是建立风雨激振理论模型的难点之一。该文分别采用假定水线按正弦规律运动和进行受力分析建立水线运动方程两种模型与建立的拉索三维连续体模型进行联立,采用数值方法进行对比研究,得到了拉索和水线的运动规律,验证了二阶振动模态的影响可忽略的假设的合理性,讨论了水线振动幅度对拉索振幅的影响,发现拉索的振动幅值与水线的振动幅值正相关,考察了水线振动频率与相关参数(单位长度水线质量、风速等)的关系,研究了水线与拉索的振动相位关系,得到了较为合理的风雨激振现象的机理解释。     

风雨激振时水线与拉索双向耦合的三维数值模拟

基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式;考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响,将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型,研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规律、拉索升力及其振动规律。结果表明:应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态、厚度及环向振荡范围均与实验结果相近;上水线的环向周期性运动导致拉索升力周期性变化,二者步调一致且频率相同,均接近拉索自振频率,引发拉索大幅度自激振动。     

斜拉索风雨振的动力学行为研究

建立了两个自由度的连续斜拉索风雨振理论模型,比已往的截断模型能更好的体现连续斜拉索风雨振完整的动力学特性.利用伽辽金截断方法将连续偏微分方程转化为常微分方程,借助规范形理论得到了系统的平均方程,证明了系统存在稳定的定常解.运用Mathematica程序对系统进行数值分析,得到了拉索和水线的运动相图.数值模拟结果对理论研究的有效性进行了验证.最后讨论了拉索线性阻尼系数、水线与拉索间的粘附系数、水线单位长度质量等参数对拉索振幅的影响,并提出相应的工程解决方案.     

斜拉索表面水线多相复杂摆动对索气动稳定性的影响

风雨环境中斜拉索表面形成的水线及其周向摆动在索的风雨振中起着关键的作用。实桥的斜拉索表面形成的水线位置沿索轴向有可能不均一,各部分水线的摆动可能存在位相差。该文通过振动分析得到水线摆动对索振动阻尼贡献的关系式,利用风洞试验测试了索的气动力并算得颤振导数,按水线位置分布均一和不均一,将水线分别简化为一段直线模型和两段位置不同的直线模型,分析了均一水线摆动和不同位相差的两段直线形水线摆动对索振动的影响,结果表明:单一水线摆动是否促使索变得气动不稳定,取决于水线摆动与索振动之间的位相差;不均一水线摆动时,两水线的位相差越小,摆动的效果越明显,位相差越接近180°,两水线摆动效果越趋向于相互抵消,此时水线的作用主要由水线摆动范围的中心位置决定。     

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。     

风雨激振中拉索与水线耦合运动规律研究

在建立了水线运动与拉索振动相互耦合的三维连续弹性拉索风雨激振理论模型的基础上,通过振型分解,得到了以拉索各阶振型表示的拉索运动微分方程。利用该理论模型对实际拉索发生风雨激振时拉索和水线的运动规律进行了分析,结论表明:拉索风雨激振具有"限速"、"限幅"的特征;拉索的振动包含多阶拉索固有频率,拉索模态间相互耦合,并不断转化;水线沿拉索表面周向的运动具有一定的周期性,运动时程曲线并非呈正弦规律,其运动频率与拉索振动频率基本一致;水线沿拉索轴向分布不是一条直线,处于平均竖向气动力突降区的水线长度对拉索的振幅有较大的影响。     

梯形螺旋线对斜拉索上水线的影响及其减振效果研究

在滑移理论的基础上,通过COMSOL软件建立带有双螺旋线的斜拉索圆柱绕流模型,得到斜拉索的风压力系数和风摩擦系数。忽略斜拉索在横风向上的振动,通过改变风向得到在不同截面下带有双螺旋线的斜拉索受到的气动力,进而求得斜拉索的振动时程曲线及其频谱分析结果。结果显示,双螺旋线的存在抑制了水线在斜拉索表面的振荡,使得斜拉索在横风向受到的拉索气动力变化范围逐渐缩小,气动力的振荡频率远大于斜拉索的自振频率,降低了水线与斜拉索产生共振的可能性,从而抑制了斜拉索的风雨激振现象。     

滑移理论在斜拉索风雨激振两自由度模型研究中的应用EI北大核心CSCD

考虑斜拉索顺风向振动的影响,基于滑移理论建立斜拉索风雨激振两自由度模型。借助计算流体力学软件Fluent求解水膜运动方程中的风压力系数和风摩擦力系数。通过数值求解耦合的水膜运动方程和拉索振动方程,分别研究风雨激振过程中拉索表面水膜形态变化(水线运动)特性、拉索气动升力和阻力变化规律以及拉索横风向与顺风向振动响应。在此基础上,分析三者之间的内在联系,揭示风雨激振的产生机理,即:水线在斜拉索表面的周期性振荡导致拉索升力和阻力的周期性变化,从而引起拉索横风向和顺风向的大幅度振动,而斜拉索在两个方向的周期性振动反过来又会加强水线的周期性振荡;水线与斜拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因。     

斜拉索风雨激振的数值模拟研究

为研究斜拉索风雨激振的发生机理,该文对带固定水线的斜拉索二维模型进行CFD 数值模拟,得到了气动力系数随上水线位置变化的曲线,并分析了上水线对拉索气动特性的影响。将CFD 计算得到的气动力系数曲线代入风雨激振二维两自由度模型中进行数值求解,实现了对风雨激振现象的完全数值模拟。然后对比风雨激振人工模拟降雨风洞试验测得的结果,分析了平均风速和脉动风速的影响。研究表明,上水线的振荡是诱发风雨激振的主要原因,且考虑风速脉动后的斜拉索振动及水线振荡更接近试验结果。     

水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用

从理论和试验两个方面研究了水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用。建立了拉索和水线的运动方程，应用李雅普诺夫函数给出了水线不平衡角的判别公式。设计了一种新型的带有可运动人工水线的拉索模型，并进行了风洞试验。理论和试验结果表明，水线震荡是导致拉索风雨激振具有较大不稳定范围的主要原因。试验结果证明了理论模型和分析的结果是正确的。     

临界雷诺数下带人工水线斜拉索气动性能研究

通过风洞试验,在临界雷诺数下,研究带上水线拉索模型的气动性能。测得不同风向角下拉索表面风压分布情况,得到作用在拉索模型上的气动力系数,分析临界雷诺数下拉索的气动稳定性。研究表明:基于准定常假定,在临界雷诺数下,拉索发生风雨激振的可能性较亚临界区低;上水线改变了拉索表面的流体分离并出现分离流再附现象,导致拉索气动力随上水线位置的改变而发生剧烈变化。     

索端激励对斜拉索风雨致振动性能的影响

实际斜拉索的振动可能是风-雨致振动和参数振动的组合, 索端激励对斜拉索风-雨致振动性能有一定影响。将索端激励转化为作用在斜拉索上的弹性力和惯性力, 建立了斜拉索风-雨致振动和参数振动的组合分析模型, 在讨论了参数振动模型和斜拉索风-雨致振动的特性后, 探讨了索端激励对风-雨致振动振幅、水路运动以及达到最大振幅所需时间的影响。结果表明:在一定的频率范围内, 索端激励的存在会改变斜拉索风-雨致振动幅值和水路运动幅值随时间变化的特性, 并能促进斜拉索风-雨致振动的发生。     

用LES方法对斜拉桥斜拉索风雨振的机理的研究

在特定的风雨条件下,斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象。这种振动会造成索-梁和索-塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题,因此,研究并明确斜拉索风雨振的机理,从而找到这种振动的控制方法,已经成为紧迫的研究课题。该文从流场分析入手,利用数值分析的Large-eddy simulation方法,研究了索面存在水线的情况下水线位置不同时流场分布的变化和卡尔曼涡强度的变化,提出水线后侧"小涡"的脱落是影响卡尔曼涡强度的原因。在风速高于卡尔曼涡致振动风速的条件下,当卡尔曼涡受到小涡影响变得足够弱时,索容易发生振动。