斜拉索風(fēng)雨激振試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、作為斜拉橋主要承重部分的斜拉索，具有自重輕、剛度低、阻尼小等特點(diǎn)，在外界激勵(lì)作用下極易發(fā)生大幅振動(dòng)。拉索振動(dòng)會(huì)對橋梁的安全運(yùn)營和使用壽命造成不可忽視的影響，而在各種振動(dòng)現(xiàn)象中，尤以風(fēng)雨激振的起振條件最容易滿足，危害也最為嚴(yán)重。因而對斜拉索風(fēng)雨激振的產(chǎn)生機(jī)理及控制措施研究已成為橋梁工程界和結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。
　　本文利用風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論研究相結(jié)合的方法，對斜拉索的風(fēng)雨激振問題進(jìn)行了詳細(xì)深入的研究。主要

2、研究內(nèi)容如下：
　　1.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套帶人工水線傾斜拉索模型的同步測力、測壓裝置。將人工制作的固體條狀物固定在拉索上表面，以代替實(shí)橋出現(xiàn)風(fēng)雨激振時(shí)附著在拉索表面的液態(tài)條狀水線，通過天平測力和電子掃描閥測壓等手段得到斜拉索的風(fēng)壓系數(shù)、氣動(dòng)力系數(shù)，以及帶人工水線拉索的氣動(dòng)力與水線位置的相互關(guān)系，并將3種表面形態(tài)下的拉索在不同雷諾數(shù)、不同風(fēng)向角的氣動(dòng)力系數(shù)作對比，為揭示斜拉索風(fēng)雨激振的微觀機(jī)理、風(fēng)雨激振減振措施有效性研究等提供必要的數(shù)值

3、參考和試驗(yàn)依據(jù)。
　　2.采用FLUENT軟件平臺對直立拉索模型和帶固定人工水線的傾斜拉索模型靜態(tài)繞流進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，根據(jù)研究需要改變流場形態(tài)和拉索的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，形象的再現(xiàn)空氣流動(dòng)的情形。得到了模型繞流的流線圖、表面壓力系數(shù)和水線上的平均氣動(dòng)升力系數(shù)、平均氣動(dòng)阻力系數(shù)，為拉索風(fēng)雨激振的機(jī)理分析提供物理風(fēng)洞試驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)的重要參數(shù)。
　　3.推導(dǎo)出風(fēng)雨激振中斜拉索和水線的非線性運(yùn)動(dòng)微分方程，建立更符合實(shí)際拉索在自然風(fēng)場中帶運(yùn)

4、動(dòng)水線的傾斜剛性節(jié)段理論模型。討論了斜拉索風(fēng)雨激振運(yùn)動(dòng)微分方程中各種參數(shù)的取值情況，并計(jì)算拉索的風(fēng)雨激振響應(yīng)，探討其產(chǎn)生機(jī)理，最后研究了拉索質(zhì)量、拉索的結(jié)構(gòu)阻尼以及拉索的空間姿態(tài)等重要參數(shù)，分析它們對風(fēng)雨激振的影響。
　　4.進(jìn)行了纏繞螺旋線的氣動(dòng)措施拉索的測壓試驗(yàn)。詳盡細(xì)致的分析了螺旋線高度、纏繞間距等因素對斜拉索氣動(dòng)特性的影響，測量了帶不同參數(shù)氣動(dòng)措施的傾斜拉索表面風(fēng)壓系數(shù)分布以及不同表面狀態(tài)的拉索氣動(dòng)力系數(shù)的變化規(guī)律。為進(jìn)一