發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 07:00

　　 隨著斜拉橋跨徑的增大,斜拉索的長(zhǎng)度也越來(lái)越大。斜拉索一般具有長(zhǎng)細(xì)比大、剛度小及阻尼低等特點(diǎn),極易發(fā)生風(fēng)致振動(dòng),如渦激共振、尾流馳振、風(fēng)雨激振和干索馳振等,其中風(fēng)雨激振和干索馳振振幅較大,危害嚴(yán)重。斜拉索在服役期間,由于風(fēng)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(duì)斜拉索的繞流形態(tài)和氣動(dòng)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(dòng)穩(wěn)定性對(duì)于提高斜拉索的使用壽命具有重要意義。與此同時(shí),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(zhǎng)的凹痕和切面來(lái)模擬斜拉索的損傷,以微橢圓截面模型來(lái)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(fēng)致振動(dòng)特性,并與標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜拉索的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,同時(shí),對(duì)特定參數(shù)的波浪形斜拉索的風(fēng)致振動(dòng)特性進(jìn)行了分析,研究結(jié)果表明:(1)表面損傷的斜拉索的風(fēng)致振幅和振動(dòng)中心與標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜拉索相近,但值得注意的是,當(dāng)α≈60°左右時(shí),臨界區(qū)明顯提前,風(fēng)致振動(dòng)也在較低雷諾數(shù)下發(fā)生。振動(dòng)時(shí)頻特征也與標(biāo)準(zhǔn)圓柱相似,從其機(jī)理分析結(jié)果看,其風(fēng)致振動(dòng)可能與臨界區(qū)不穩(wěn)定的流場(chǎng)有關(guān)。(2)微橢圓截面斜拉索在試驗(yàn)風(fēng)攻角范圍內(nèi)的最大振幅相差較大,有的很小,幾乎不振動(dòng),有的很大,甚至可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜拉索的2.25倍。時(shí)頻特征與表面損傷和標(biāo)準(zhǔn)圓柱斜拉索不同,振動(dòng)更加穩(wěn)定,時(shí)程曲線接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線,卓越頻率更加突出。從機(jī)理上看,其更加接近馳振,基本上可以用Den Hartog馳振機(jī)理進(jìn)行預(yù)測(cè)。(3)波浪形斜拉索在試驗(yàn)雷諾數(shù)范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有發(fā)生明顯的風(fēng)致振動(dòng),氣動(dòng)穩(wěn)定性良好,而且其氣動(dòng)阻力也沒(méi)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(yàn)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(fēng)致振動(dòng)的原因。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(duì)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(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象。尾流馳振只在當(dāng)下游斜拉索的響應(yīng)頻率比旋渦脫落頻率和上游拉索的響應(yīng)頻率低時(shí)才可能發(fā)生。尾流馳振一般表現(xiàn)索的一階振動(dòng)，因而尾流馳振發(fā)生時(shí)，拉索中段的振幅最大。尾流馳振一般具有以下特點(diǎn)：當(dāng)斜拉索間隔為 2~5 或 10~20 倍的拉索直發(fā)生；當(dāng)風(fēng)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(dòng)；增大阻尼可有效抑制振動(dòng)[6]。(5) 干索馳振在風(fēng)雨激振的研究過(guò)程中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)在沒(méi)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(fēng)致振動(dòng)，在風(fēng)洞試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)過(guò)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(zhǎng)的斜拉索在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)發(fā)生烈振動(dòng)，振幅達(dá)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(shí)際調(diào)研斜拉索損傷變可能會(huì)對(duì)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(guò)動(dòng)力和靜力風(fēng)洞動(dòng)力和氣動(dòng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，結(jié)果表明穩(wěn)定的流場(chǎng)引起的，且粗糙度增大時(shí)，雷拉索在較低風(fēng)速下可能發(fā)生干索馳振。風(fēng)洞試驗(yàn)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(wú)關(guān)，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(lái)模擬，其氣動(dòng)力系數(shù)不會(huì)存在缺陷或形狀發(fā)生了改變，其氣動(dòng)力系生馳振。Flamand[26]和 Katsuchi[27]率先開(kāi)展

風(fēng)工程研究手段主要包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)、理論分析和數(shù)擬四種方法[1, 2]。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為在實(shí)際結(jié)構(gòu)上安裝傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)場(chǎng)和結(jié)風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是存在隨機(jī)性、滯后及無(wú)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(yùn)動(dòng)方程，對(duì)運(yùn)行求解，但是由于風(fēng)荷載的復(fù)雜性以及流固耦合引起的非線性使得運(yùn)動(dòng)方求解難度極大，僅僅幾種非常簡(jiǎn)單的情況才有準(zhǔn)確的解析解。數(shù)值分析是于大型計(jì)算機(jī)，依據(jù)有限元理論，對(duì)結(jié)構(gòu)與風(fēng)的相互作用過(guò)程進(jìn)行建模分對(duì)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(yīng)等問(wèn)題。風(fēng)洞試驗(yàn)則是依據(jù)一整套相似理論，在風(fēng)洞中安裝模型通過(guò)模型上安裝的傳感器測(cè)量風(fēng)致響應(yīng)，然后依據(jù)相似理論反推回實(shí)際結(jié)綜合考慮數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度、研究方便程度以及人力物力花費(fèi)等各方面因素，風(fēng)驗(yàn)是幾種方法中應(yīng)用最多的，本研究也采用該方法。風(fēng)洞試驗(yàn)在石家莊鐵道大學(xué) STDU-1 風(fēng)洞的高速試驗(yàn)段進(jìn)行，試驗(yàn)段寬m，高 2 m，風(fēng)速為 0~80 m/s，連續(xù)可調(diào)，背景湍流度 I ≤ 0.2%，風(fēng)洞示意圖 2-1 所示。
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本文編號(hào)：2872810