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悬索桥桥塔尾流致塔周长吊索涡激振动研究
| 论文题名： | 悬索桥桥塔尾流致塔周长吊索涡激振动研究 |
| 关键词： | 悬索桥;吊索振动;塔柱尾流;漩涡脱落;斯托罗哈数 |
| 摘要： | 为了明确悬索桥桥塔塔周长吊索振动的机理，本文从已发生该现象的实际悬索桥工程中简化并提炼了分析模型，通过CFD数值模拟和风洞试验两种方法对问题展开研究。 首先运用弦理论和有限元软件ANSYS分析了两座悬索桥的塔周部分吊索的一阶自振特性，得到一般悬索桥塔周长吊索的一阶自振频率范围。 其次，通过CFD数值模拟依次对单根索股和四根索股形式的吊索自身的气动特性、长宽比为1.4∶1的矩形截面的尾流特性、矩形塔柱对吊索的气动干扰进行研究，并考虑了风向角和风速两种影响因素。分析结果表明，单根索股和四根索股形式的吊索在漩涡脱落特性上差别很小，塔周吊索因自身漩涡脱落而引发涡激共振的可能性很小;长宽比为1.4∶1的矩形截面的斯托罗哈数随风向角的增加，在小风向角时快速上升达到0.185左右，之后平稳至75°左右风向角时又迅速回落;双矩形塔柱的尾流在小风向角和大风向角时都有可能对同侧或对侧的塔周吊索产生控制性影响，抑制吊索自身的漩涡脱落，支配吊索的气动特性。 最后，在矩形塔柱塔周吊索节段气弹风洞试验中重现了塔周吊索的振动现象，并测试了各风向角下，塔柱同侧和对侧吊索的振动响应。试验显示，在某些风向角下，相应吊索发生剧烈振动，此时吊索响应频率、塔柱漩涡脱落频率以及吊索自振频率三者相同。这在验证了CFD数值模拟分析结果的同时，得出悬索桥桥塔尾流致塔周长吊索振动的发生机理:塔周长吊索受塔柱尾流强烈的控制性干扰，在一定风速时受到与一阶自振频率相同的、来自桥塔尾流的激励而发生共振。此外，试验还表明，在大部分风向角时，塔柱尾流均可以在一定风速下使相应吊索产生明显的振动，振动吊索的运动轨迹大致为一个椭圆。并且在试验中还发现了塔柱尾流致吊索的二阶振动现象。 |
| 作者： | 林桥曼 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李永乐 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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