斜拉桥拉索风雨激振的分析模型

本文针对风雨激振现象,结合模型试验的结果,从理论分析的角度尝试建立拉索节段的二维力学模型。通过对该模型的分析,本文探讨了解释风雨激振激励的理论依据,研究了拉索风雨激振的一种可能机理,并讨论了主要参数对振动的影响。     

斜拉桥拉索风雨激振问题综述

对斜拉桥拉索风雨激振的问题和振动控制研究现状进行了总结,分析了目前研究中存在的主要问题,并指出有关拉索风雨激振研究方面有待进一步提高的问题。     

抑制斜拉桥拉索风雨激振的气动措施研究

在驰振理论的基础上,运用带有运动水线的二维拉索模型对风雨激振进行理论分析,得到了拉索发生风雨激振的充分条件、必要条件及临界发散风速。并将此分析方法运用到设有气动措施的拉索上,引入等效阻尼比指标对气动措施减振效果进行定量分析。结合静气动三分力试验和分析计算,对螺旋线、纵向肋条和椭圆环三种气动措施的减振效果进行评价分析,螺旋线、纵向肋条的减振效果好于椭圆环。通过人工降雨试验,对气动措施减振效果的分析方法进行检验。     

斜拉桥拉索风雨激振理论分析的一个新方法

首先对人工雨线拉索模型进行了风洞实验,测量了气动力系数。建立了斜拉桥拉索风雨激振理论分析的一个新方法,基于此方法和试验所得的气动力系数,探讨了水线在拉索表面的周向振荡对拉索风雨激振所起的作用,以及拉索风雨激振的机理。最后将计算结果和有关文献中的试验结果进行了对比,它们基本一致。     

斜拉桥拉索风雨振观测及其控制

介绍了在湖南岳阳洞庭湖大桥进行风雨振观测的情况,得到了拉索加速度时程曲线、拉索振动的加速度轨迹和共振频率;通过数值仿真和现场试验全面评估了磁流变阻尼器对拉索振动控制的性能,得出了阻尼器安装位置、外部激励大小及阻尼器输入电压大小等参数对拉索系统各阶模态阻尼比的影响规律及磁流变阻尼器的减振效果。结果显示在安装磁流变阻尼器后拉索系统的前三阶模态阻尼比大大增加,并且存在一个优化电压,在该电压下能取得最大的模态阻尼比,表明磁流变阻尼器具有良好的减振性能。实际风雨振观测进一步验证了其良好的减振效果。     

斜拉桥拉索风雨激振参数联合概率分布模型

为了研究拉索风雨激振特征,在洞庭湖大桥建立了现场观测系统并开展了长期观测,得到了拉索风雨激振主要影响参数--风速、雨量、风向的一维边缘分布模型。采用Archimedean Copula函数建立了风速-雨量、风速-风向、雨量-风向的二维联合概率分布模型,及风速、风向和雨量三维联合分布模型,根据拟合优度评价指标确定了各联合概率分布的分布函数和参数值。综合风雨激振发生的风速、雨量、风向的一维边缘分布、二维联合分布及三维联合分布,得到了风雨激振发生的三维联合不超越概率和三维联合超越概率模型。该模型可以计算三维超越/不超越联合概率、联合条件概率以及不同组合条件下的概率密度,评价各种风、雨条件下拉索风雨激振的发生概率。     

高精度风雨模拟环境下拉索风雨激振试验研究新发现

拉索风雨激振是一种在风雨共同作用下发生的拉索大幅低频振动,现有人工降雨风雨激振试验无法准确模拟自然降雨的多种特性,难于实时再现风雨介质耦合环境拉索气动失稳现象。开发高精度人工降雨模拟装置,可对降雨强度进行精细连续调节,较为准确模拟雨滴大小、能量、均匀度等自然降雨的特性,合理地再现风雨联合作用条件下拉索风雨激振过程;系统研究风速、雨量以及风雨联合作用对拉索风雨激振的影响,揭示了拉索在低风速大雨量、高风速小雨量时,风雨激振发生规律和特点。     

模拟降雨条件下斜拉桥拉索风雨激振及控制的试验研究

斜拉桥拉索风雨激振是当前桥梁工程界和风工程研究中的国际热点和难点问题。本文在同济大学TJ -1大气边界层风洞的出口射流段中成功再现了模拟降雨状态下拉索的风雨激振现象 ,研究了几种主要参数对拉索风雨激振振动特性的影响 ,还进行了在拉索表面缠绕螺旋线来破坏水线形成从而控制拉索风雨激振的研究 ,为深入研究斜拉桥拉索风雨激振机理和风雨激振的控制提供了有益的资料     

来流湍流度对斜拉索风雨激振影响的理论研究

斜拉索风雨激振严重地影响斜拉桥的安全运营,而来流湍流度是影响风雨激振的一个重要因素。采用理论分析方法,研究来流湍流对斜拉索风雨激振响应的影响。引入2种类型的风场,首先,假设来流为简谐脉动风场,然后,采用谐波合成方法,将Kaimal风谱作为目标谱,模拟来流随机脉动风场。采用上述2种来流风场,在已建立的两质量三自由度理论模型的基础上,研究各种湍流度下拉索和水线的风雨激振振动规律。计算结果表明,当湍流度达到15%时,水线不能在拉索表面稳定地存在,风雨激振能得到有效的抑制;水线运动的脉动成分主要受来流风脉动成分的影响,拉索运动对水线运动有一定的影响,但影响较小;随着紊流度的增加,起振风速也增大。     

一种高效的斜拉索磁流变抗风雨振控制系统

随着新工艺的采用和材料科学以及桥梁结构设计理论发展应用,现代斜拉桥的跨径越来越大,拉索的风雨激振问题也日益突出,斜拉索风雨振动成为桥梁工程界研究人员关注的焦点之一。本文通过拉索～磁流变阻尼器系统的模型试验,介绍了新型斜拉索磁流变抗风雨振控制系统在减振效果实证方面的优势和特点。     

用于索承结构中斜拉索开环振动控制的磁流变阻尼器设计

斜拉索被广泛应用于索承结构,如大跨度桥梁或屋盖结构等.由于极低的内在阻尼,斜拉索易发生因其支承的运动或天气状况影响而引起的大幅值的振动.这些振动可以危及斜拉索本身以及整个索承结构的安全与寿命,甚至引起人们对该类结构信心的降低.在斜拉索减振的诸多方法中,采用磁流变阻尼器的智能阻尼技术近来引起了人们的研究兴趣.该阻尼器的阻尼特性可以通过调节(控制)磁场的输入电流/电压而改变,从而实现在不同振动(频率及幅值)情况下的最优或次优减振效果.本文发展了一个数学模型用于评价在开环控制状态下斜拉索-阻尼器系统的阻尼比.该模型考虑了阻尼器的安装高度、阻尼系数、刚度、质量、支撑刚度、磁变阻尼力以及斜拉索的垂度与倾角等因素,推导出了一个‘广义的通用公式’用于阻尼器参数的设计与优化,即寻求可提供系统最大阻尼比的最佳阻尼器参数.本文以目前世界最长斜拉桥——苏通大桥的最长斜拉索为例,确定了能够提供足够的阻尼以抑制风雨振的阻尼器安装高度以及相应的阻尼器参数.     

斜拉索风雨振现场观测与振动控制

介绍了斜拉索风雨振现场观测与振动控制研究的情况。在湖南岳阳洞庭湖大桥上建立了风雨振观测系统，并连续4年进行了长时间现场观测，在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有了新的发现。提出了一种多模态振动控制的参数优化方法。进行了拉索一磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究与现场试验研究，全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能。开发了一套磁流变式拉索减振系统，并于2002年在该大桥全桥实施，3年来显示了良好的减振效果。同时针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为破坏的问题，设计开发了一种永磁可调式磁流变阻尼器（PMAA—MR），并将其成功应用于湖南长沙洪山庙大桥的拉索减振。     

斜拉桥斜拉索风雨振时索表面水线摆动作用及规律的试验研究

斜拉索表面水线的周向摆动被认为是激发索发生风雨振的重要因素。有水线的索的气动力可以认为是索本身的气动力和水线摆动产生的气动力的组合。在风洞中,通过竖向强制振动试验,测试索的气动力并算得气动导数H1*和H4*。为了模拟水线的摆动,对贴有水线的索施行两端同向强制扭转振动试验,测试振动中的气动力。通过分析水线的摆动对索竖向振动阻尼的贡献,表明水线的摆动既能促使索变得气动不稳定,也可以促使索变得气动稳定,这主要取决于水线摆动与索振动之间的位相差。同时,通过在风洞中模拟人工降雨并对水线进行跟踪观测,发现水线沿索轴向分布及摆动不均一,指出掌握风雨振时水线的各个参数对分析和理解该振动具有重要意义。     

考虑脉动风影响的斜拉索在支点激励下的非线性振动

应用柔性拉索的非线性振动响应计算理论,提出考虑横向脉动风荷载作用及支点激励的拉索非线性振动计算方法。以力学特性不同的两种斜拉索为对象,通过数值方法分析横风作用和支点激励下的钢索、CFRP拉索非线性振动响应,比较支点激励频率、风速、阻尼器对参数振动响应的影响。结果表明,在拉索基频f1以及两倍基频2f1的支点位移激励下,脉动风虽然导致拉索出现不规则的竖向和横向水平振动轨迹,但不会改变拉索的参数振动特性;横向风荷载对参数振动具有空气阻尼力的效应;总体上CFRP拉索的参数振动振幅小于钢索,特别当拉索跨度比较大时,CFRP拉索的振幅将明显低于同跨度的钢索;黏性阻尼装置的减振效果与拉索的结构条件有关,当拉索的无量纲参数λ(Irvine参数)较大时,阻尼器的减振效果不明显,反之当λ较小时阻尼器有一定的减振效果。     

Numerical simulation of the airflow-rivulet interaction associated with the rain-wind induced vibration phenomenon

Rain-wind induced vibration is an aeroelastic phenomenon that occurs on the inclined cables of cable-stayed bridges. The vibrations are believed to be caused by a complicated non-linear interaction between rivulets of rain water that run down the cables and the wind loading on the cables due to the unsteady aerodynamic flow field. Recent research at the University of Strathclyde has been to develop a numerical method to simulate the influence of the external air flow on the rivulet dynamics and vice versa, the results of which can be used to assess the importance of the water rivulets on the instability. The numerical approach for the first time couples a Discrete Vortex Method solver to determine the external flow field and unsteady aerodynamic loading, and a pseudo-spectral solver based on lubrication theory to model the evolution and growth of the water rivulets on the cable surface under external loading. The results of the coupled model are used to assess the effects of various loading combinations, and importantly are consistent with previous full scale and experimental observations of rain-wind induced vibration, providing new information about the underlying physical mechanisms of the instability.     

带转向机构HCA在杭州湾跨海大桥斜拉索减振中的应用

杭州湾跨海大桥北航道桥为主跨448m的钻石型双塔双空间索面钢箱梁斜拉桥,通航净空为47m,按双向六车道高速公路设计,设计时速100km/h。为改善行车安全性,国内首次在栏杆外侧设置了风障(高度从近塔4.27m至远塔3.4m),为了确保整桥隽秀的景观前提下开发了带转向机构的拉索减振器,对全桥拉索进行了理论分析和安装减振器后的实桥测试。     

Vortex-induced vibration of stay cable under profile velocity using CFD numerical simulation method

Vortex-induced vibration (VIV) of a stay cable subjected to a wind profile is numerically simulated through combining computational fluid dynamics (CFD) code CFX 10.0 and computational structural dynamics (CSD) code ANSYS 10.0. A stay cable with the inclined angle of 30° is used as the numerical model. Under a profile of mean wind speed, unsteady aerodynamic lift coefficients of the cable have been analyzed in both time domain and frequency domain when VIV occurs. The results indicate that the lift coefficient wave response of the stay cable under a wind profile is different from that of an infinitely long cable under a uniform flow in water (i.e., without consideration of profile) obtained by direct numerical simulation. Cable oscillations can severely affect the unsteady aerodynamic frequencies, change flow field distribution near the cable and affect the vortex shedding in the wake.