详情

原文传递斜拉桥并列超长拉索尾流驰振理论分析与风洞试验研究

论文题名：	斜拉桥并列超长拉索尾流驰振理论分析与风洞试验研究
关键词：	斜拉桥;并列超长拉索;尾流驰振;风洞试验;被动控制;能量分析方法
摘要：	随着桥梁跨径的不断增大，拉索长度随之增加，其布置形式也呈现并列等多样化特征，在上游拉索尾流干扰下导致下游拉索风致振动问题日益突出，严重影响行车舒适性，甚至威胁行车安全。长期以来，并列拉索尾流驰振由于其机理的复杂性使其一直成为桥梁风工程的研究热点。鉴于此，本文对尾流驰振特性及其机理进行了系统的研究。首先对并列超长拉索进行模态分析并对尾流驰振发生可能性进行了评估，然后在测力风洞试验的基础上，采用理论分析方法对下游拉索尾流驰振的起振风速和失稳区域进行了预测，再采用传统的拉索气弹模型风洞试验进行了验证并研究了尾流驰振特性，最后通过强迫振动风洞试验，从气动力对拉索做功的角度出发，利用能量分析方法，研究了尾流驰振的机理。本文主要工作与取得的成果如下：　　(1)首先回顾了双圆柱绕流的研究现状、尾流驰振的研究方法及其减振措施。在前人研究的基础上，提出了本文研究的主要内容及研究的思路与方法。　　(2)第二章建立了全桥空间杆系模型、空间板梁组合模型以及空间板壳模型与单根拉索有限元模型，模态分析得到四种模型的振动频率结果十分接近；并列超长斜拉索在自然风荷载下存在发生以第二阶反对称模态为主尾流驰振的可能性。　　(3)以某大桥420m长的并列双拉索为原型，基于刚性节段模型测定了不同风向角下并列双圆柱的气动力系数；基于风洞测力结果，按尾流驰振分析的单自由度经典驰振理论与两自由度耦合理论分析了尾流驰振特性，下游拉索的起振风速为18.0m/s，风攻角失稳区间在15°附近。单自由度经典驰振模型表明增加阻尼或增加刚度方案（在并列超长拉索之间增加连接件）都能提高尾流驰振起振风速，而基于两自由度模型的理论分析表明增加阻尼远不如增加刚度有效。　　(4)第四章采用系统的气弹模型风洞试验，研究了并列超长斜拉索的尾流驰振特性及减振措施。试验研究表明，理论分析结果与拉索气弹模型试验结果基本一致，但结构阻尼对拉索起振风速的提高并不十分明显，而在双拉索之间设置多个分隔器方案能显著提高起振风速，说明了两自由度耦合驰振模型更能反应尾流驰振特性。　　(5)第五章进行了强迫振动装置进行节段模型试验，获得了强迫位移以及引起的作用在节段模型上的气动力，采用时域积分方法计算了不同工况下气动力对下游拉索单个运动周期内输入的能量。研究表明，并列拉索尾流驰振运动具有明确的方向性。尾流驰振发生过程中，阻力对拉索做正功，使得其在该方向上的振动加剧；而升力做功很小，且基本为负，表现为抑制下游拉索在竖直方向的振动。阻力做功时程曲线与位移时程曲线一样存在明显一致的正负部分，且两者相位差几乎为90°。尾流驰振发生时，阻力与升力做功符号总是相反的。试验结果与理论分析、气弹模型试验结果均吻合良好，该方法可用于判断并列拉索是否存在发生尾流驰振的可能性。
作者：	胡腾飞
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	华旭刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文