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悬索桥吊索尾流致振非线性气动力试验研究
| 论文题名： | 悬索桥吊索尾流致振非线性气动力试验研究 |
| 关键词： | 悬索桥;吊索;风致振动;风洞试验;平均气动力系数;气动导数;非定常气动力 |
| 摘要： | 随着桥梁工程学科的高速发展，先进的设计理念和方法被应用于桥梁结构的建设中，桥梁建设正朝着特大跨度的方向发展，其中吊(拉)索等柔性结构的长度也越来越长。由于吊(拉)索具有自重小、柔度大、阻尼低等特性，加之其布置形式多样化等特点，因而极易发生各类风致振动，严重影响行车的舒适性和安全性。根据国内外的相关报道以及现场实测，目前已在多座大跨度桥梁上发生索结构的大幅风致振动现象，包括大海带东桥、明石海峡大桥以及西堠门大桥。引发悬索桥吊索的风致振动的原因有很多种，本文仅针对多索股吊索之间的气动干扰进行研究。根据实桥上的观测现象，将发生尾流干扰风致振动的多索股吊索简化为迎风索股不动，尾流索股发生振动的双圆柱模型，分别采用准定常和非定常方法展开研究。主要研究内容如下： (1)分别制作了双索股表面光滑和粗糙刚性节段模型，进行了多工况下尾流索股测力风洞试验。试验得到了10m/s风速下尾流索股平均阻力系数和平均升力系数随前后索股空间位置改变的变化规律。推导了尾流索股发生尾流弛振的Routh-Hurwitz判据，并得到了易发生尾流弛振的不稳定区间。结果表明：表面光滑和表明粗糙的尾流索股平均气动力系数变化规律相同， CD和 CL分别关于尾流中心线正对称和反对称分布，在距离尾流中心线2D附近有明显变化。尾流索股发生尾流弛振的失稳区间呈宽度为1?2D条带状对称分布，且粗糙索股的失稳条带比光滑索股更靠近尾流中心线。 (2)借鉴桥梁结构中颤振分析采用的非定常研究方法，引入了气动导数概念，应用于索结构的非定常气动力研究。简要介绍了气动导数的相关研究成果，然后着重从识别原理以及识别方法两方面对本文采用的气动导数强迫振动时域识别法进行了介绍，最后对气动导数识别程序的流程以及相关试验数据选取以及数据预处理进行了说明。 (3)根据数值计算结果选取了光滑索股发生尾流弛振的数个工况，分别进行了表面光滑和粗糙索股的强迫振动风洞试验，识别得到了尾流索股的气动导数随无量纲风速的变化规律。结果表明，光滑尾流索股的气动导数H*4、H*6出现较大正值，表现为明显的气动负刚度，而粗糙尾流索股的气动导数H*4、H*6未出现该现象，这表明两者失稳区间的不同。实验结果验证了气动导数识别结果的准确性。 |
| 作者： | 严杰韬 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李寿英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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