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两类大长细比桥梁构件的风振特性研究
| 论文题名： | 两类大长细比桥梁构件的风振特性研究 |
| 关键词： | 细长杆件;风致振动;风洞试验;数值模拟;流固耦合;抗风设计 |
| 摘要： | 本文主要研究了桥梁结构中常见的两类大长细比构件的风振特性。一类为大跨拱桥、桁架桥中常见的H型和矩形截面杆件，文中以直立的拱桥吊杆为对象，研究了这两种截面构件在大攻角下的风振特性；另一类为悬索桥、斜拉桥中常见的圆截面索缆结构，文中以无吊杆的两串列主缆为对象，研究了上下游主缆间的气动干扰机理。本文主要进行了以下研究： 1、依据风洞试验和理论分析提出了直立H型杆件的大攻角扭转颤振理论，证明了某大跨度拱桥发生的吊杆风振为扭转颤振，而不是涡激共振。腹板开孔不能提高H型杆件的颤振临界风速，但适度开孔可改善驰振和涡激共振特性。通过16组正交试验研究了高宽比、腹板及翼板开孔率三种截面参数变化下H型截面吊杆的风振特性，应用方差分析理论综合评价了三参数对H型杆件颤振、驰振及涡振特性的影响。合理的改变截面形式，可有效提高颤振、驰振、涡振的起振风速，减小涡振锁定区间和涡振幅值。 2、风洞试验研究表明矩形吊杆具有较大的抗扭转颤振的能力，但存在驰振临界风速较低、涡振振幅较大及涡振锁定区间较宽的问题。为此，提出了矩形杆件内表面敷设阻尼层减振的措施。通过模型试验验证了该减振措施的可行性，并对矩形吊杆敷设阻尼层后的结构阻尼特性进行了数值模拟。 3、应用三自由度强迫振动装置，解决了大攻角下弹性悬挂自由振动时存在的竖向运动失真问题，准确识别了大攻角下的H型和矩形断面杆件气动导数。对比研究表明竖向运动失真导致的气动导数识别误差随攻角增大而增大，从而肯定了强迫振动法用于大攻角气动导数识别的优越性。应用强迫振动装置上的天平测量节段模型的气动力时程曲线，实现了随攻角连续变化三分力系数的测量，并由升力时程曲线推算了多组H型和矩形断面的Strouhal数。这些工作进一步扩大了强迫振动法的应用范围。 4、推导了常见H型和矩形细长杆件的抗风设计公式，以限制杆件的适用长度为原则，提出了抗风设计的建议。 5、结合气弹模型试验和CFD数值模拟技术研究了串列主缆间的气动干扰。试验表明下游缆会发生面外振动强于面内振动的尾流驰振，且间距、风偏角、风攻角及固有频率对尾流驰振的起振风速影响显著。CFD模拟表明雷诺数并不影响下游缆横风向力的变化趋势，实桥与模型对应雷诺数下尾流驰振起振风速的数值计算结果均稍高于模型试验的结果。 |
| 作者： | 刘慕广 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈政清 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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