發(fā)布時間：2020-10-23 19:27

　　 懸索橋因其優(yōu)越跨越性能成為目前大跨度橋梁的首選結(jié)構(gòu)形式,但其柔性體系也決定了不可避免地受風(fēng)荷載影響。尤其是橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索不僅受自然脈動風(fēng)作用,還受橋塔尾流干擾,在特定風(fēng)速下會誘發(fā)大幅風(fēng)致振動。本文以西堠門大橋橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索為研究對象,采用數(shù)值分析方法對其在橫風(fēng)向表現(xiàn)的氣動特性進行了深入研究,提出了模擬橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索風(fēng)振響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。本文主要研究內(nèi)容有:(1)基于等效線性化近似理論,通過非線性系統(tǒng)辨識時域方法識別振幅相關(guān)阻尼比和頻率,分析了吊索振動系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)非線性特征,對吊索振動系統(tǒng)振幅相關(guān)阻尼比和頻率進行三次樣條插值,應(yīng)用于橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索風(fēng)致振動數(shù)值分析中;(2)建立了新的描述橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索橫風(fēng)向大幅振動特性的數(shù)學(xué)模型。提出的吊索氣動力模型囊括了橋塔尾跡規(guī)則脫落的Kármán旋渦與塔后吊索共振作用、高折算風(fēng)速下脈動風(fēng)抖振效應(yīng)和振動系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)非線性三個非定常氣動分量。該半經(jīng)驗半理論模型充分考慮了橋塔尾流對吊索的氣動干擾效應(yīng),模型中關(guān)鍵參數(shù)都具有明確的物理意義;(3)探討了數(shù)學(xué)模型中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定方法,應(yīng)用四階Runge-Kutta法對尾流振子耦合模型進行數(shù)值求解,研究吊索在在不同參數(shù)設(shè)置下的響應(yīng)特征。數(shù)值分析結(jié)果表明,在合理選取參數(shù)的情況下,本文所建立的模型能很好地預(yù)測橋塔尾流區(qū)吊索振動特性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U448.25;U441.3
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究意義懸索橋因其造型美觀、跨越性能出色、具有良好的抗震性能深受橋梁工程師青睞，逐漸成為超過 1000 米跨度橋梁的首選結(jié)構(gòu)形式。1998 年建成的日本明石海峽大橋（Akashi Kaikyō Bridge）主跨跨度長達 1991 米，是目前世界上主跨跨距最大的懸索橋。我國于 2009 年建成的舟山西堠門大橋（XihoumenBridge）（圖 1-a）主跨跨度 1650 米，是跨徑世界第二、國內(nèi)第一的特大跨度懸索橋，也是世界上跨徑最大的鋼箱梁懸索橋。青馬大橋（Tsing Ma Bridge）圖 1-b）連接香港境內(nèi)葵青區(qū)青衣島與荃灣區(qū)馬灣島，線路全長 2160 米，主橋全長 1377 米。在建的意大利墨西拿海峽大橋和中國武漢楊泗港長江大橋主跨分別達到 3300 米和 1700 米，懸索橋的建設(shè)正朝著超長跨徑的方向發(fā)展。

圖 1-2 多圓柱排布方式derios 和 Zdravkovich[50]根據(jù)圓柱間的干擾效應(yīng)對其尾流區(qū)面劃分為四個區(qū)域，分別代表近距干擾、尾流干擾、近距和尾擾效應(yīng)，如圖 1-3 所示。1）在近距干擾區(qū)，上游圓柱的尾跡影響下游圓柱的尾跡。當(dāng)雙或α 較大交錯排列時，就會發(fā)生這種干擾效應(yīng)。當(dāng) P 較大、α 較柱尾流區(qū)同時出現(xiàn)大小相同的渦街；而 P 為中間值、α 為較大值列圓柱尾流區(qū)產(chǎn)生的渦街并不相同，而是一窄一寬；當(dāng)兩個圓近甚至接觸，即 P0 = 時，尾流區(qū)只會生成一個渦街。2）尾流干擾效應(yīng)發(fā)生在串列和略微交錯排列的圓柱中，其間距定臨界值（一般為 3.5~4.0）。Zdravkovich[51]研究表明上游圓柱的于一個單獨圓柱，下游圓柱尾流受上游圓柱的影響很大。Alam柱氣動特征受下游圓柱反饋機制的影響，至少當(dāng) L8 < 時，與孤上游圓柱tS 減小，而DC 、'DC 和'LC 增大，可能會出現(xiàn)兩種不同式。圓柱交錯排列時，尾流渦街會相互干擾（圖 1-3i），此時兩

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（3）當(dāng)圓柱串列或交錯排列且間距較小時，上游圓柱尾流明顯受下響，兩圓柱間存在近距和尾流干擾效應(yīng)。事實上這種情況是近距干擾擾的組合，圓柱表現(xiàn)出四種不同的渦脫形式。 L1.2 < 時，上游圓柱尾的剪切層在下游圓柱后面卷起而不重新附著（圖 1-3d），也就是說，中的渦街基本上是由上游圓柱生成的旋渦產(chǎn)生的[47]。隨著 L 的增大可以以三種不同的方式重新附著在下游圓柱體上，即交替再附（圖 1-3定再附（圖 1-3f）和間歇再附（圖 1-3g）[34,54,55]。對于交錯排列圓柱j），間隙流偏向流向上游圓柱尾流[37,56]，這種干擾狀態(tài)下的流動結(jié)構(gòu)大的，除非圓柱布置落在圖 1-3 中標(biāo)記的交叉陰影區(qū)域[56,57]。（4）在無干擾區(qū)，圓柱間距較大，兩圓柱尾流基本不會相互影響（。需要指出的是，不同干擾效應(yīng)區(qū)域的邊界取決于雷諾數(shù)eR 、來流湍u 和阻塞比等參數(shù)。
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本文編號：2853445