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原文传递斜拉桥拉索风雨激振机理及其控制理论研究

论文题名：	斜拉桥拉索风雨激振机理及其控制理论研究
关键词：	斜拉桥;拉索风雨激振;激振机理;准运动水线;拉索模型;阻尼器;三维连续拉索;刚性节段拉索;理论分析;控制效果;线模型;理论模型;表面压力系数;圆柱绕流;数值模拟;人工水线;空间姿态;不同风速;阻尼力;相互耦合作用
摘要：	斜拉桥跨度不断增大，拉索的长度不断增长。由于拉索的阻尼小，极易产生各种风致振动，其中风雨激振最为严重。本文主要通过数值模拟和理论分析来研究斜拉索风雨激振的机理，以及阻尼器对于拉索风雨激振的控制效果。第一章为绪论。第二章采用CFX5.5软件平台研究了二维圆柱和三维圆柱绕流、粘贴固定人工水线的二维拉索和三维拉索绕流。得到了二维圆柱和三维圆柱绕流的流线图、表面压力系数、阻力系数和升力系数；以及带固定人工水线二维拉索和三维拉索绕流的流线图、表面压力系数、拉索和水线的气动力。研究了拉索的空间姿态和水线的存在对于拉索周围流场的影响。其中拉索和水线的气动力将在本文的理论分析中得到应用。第三章至第五章依次建立了三种斜拉索风雨激振理论分析模型。第三章首先假定水线的运动规律，建立了风雨激振准运动水线三维连续弹性拉索理论模型。该模型的拉索为两端不在同一水平的有垂度的三维连续拉索，能够考虑拉索不同模态在风雨激振下的参与程度以及平均风速剖面对风雨激振的影响。为反映拉索运动和水线运动之间的相互耦合作用，第四章建立了风雨激振运动水线三维刚性节段拉索理论模型。运动水线三维刚性节段拉索模型同时建立拉索和水线的运动微分方程，与以往文献不同的是，将水线和拉索表面之间的作用力采用库仑阻尼力和线性阻尼力来模拟。得到了不同风速下拉索和水线的响应，比较了运动水线模型和准运动水线模型、风雨激振和经典驰振的区别，给出了拉索发生风雨激振机理的解释。第五章建立了风雨激振运动水线三维连续弹性拉索理论模型，综合了准运动水线三维连续弹性拉索模型和运动水线三维刚性节段拉索模型两者的优点。研究了不同风速下拉索的响应、水线在拉索长度方向上的形成位置、各个拉索截面上水线的运动情况等，提出了三维连续拉索模型发生风雨激振的条件。第六章进行了阻尼器对于拉索风雨激振的控制效果研究。首先研究了有限差分法中处理由于阻尼器产生的狄拉克函数的方法，然后进行了带阻尼器拉索的自由振动分析，阻尼器为 “人”字形对称布置。最后，考虑拉索的垂度，采用运动水线模型和准运动水线模型，研究了拉索在安装阻尼器的情况下的响应，得到了对两种水线模型进行有效控制所需要的阻尼比大小，研究了阻尼器空间姿态和拉索垂度对于控制效果的影响。第七章为结论。关键词：斜拉桥；拉索；风雨激振；机理；数值模拟；理论分析；阻尼器；控制效果
作者：	李寿英
专业：	工程力学
导师：	顾明
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学航空航天与力学学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文