斜拉索表面水膜形态及斜拉索气动力变化规律

斜拉索表面水线的形成与振荡是斜拉索发生风雨激振的重要原因之一.为研究水线运动与风雨激振现象间的内在联系,本文将滑移理论与计算流体力学相结合,考虑斜拉索表面水膜形态对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立了一个模拟风雨条件下斜拉索表面水膜形态变化的理论模型;在此模型基础上推导出风雨作用下斜拉索气动力计算公式,通过数值模拟得到不同风速下的斜拉索表面水膜形态及气动力变化规律,分析二者间的内在联系.与已有的试验结果对比发现:当斜拉索发生风雨激振现象时,水线形态变化与气动力变化频率相同,且接近拉索的自振频率,说明风雨激振现象的产生原因是水线形态的周期性变化引起拉索的共振.     

超大跨径斜拉桥斜拉索局部振动对地震反应的影响

在以往的斜拉桥地震反应分析中,大都采用单桁架(SECS)模型来模拟斜拉索,不能反映斜拉索的局部振动的影响.以世界第一跨度斜拉桥——苏通大桥为背景,采用多桁架(MECS)模型来分析斜拉索局部振动对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,并探讨了斜拉索的合理单元划分方式.结果表明,斜拉索划分为10个单元已能够很好地反映斜拉索局部振动的影响.考虑斜拉索局部振动之后,会出现索梁耦合振型,减小一些振型的参与系数,基频与主梁的竖向振动相近的斜拉索在地震作用下大幅振动,而主梁和主塔的内力反应普遍减小,特别是主塔的地震轴力明显减小.     

阻尼对斜拉索大幅振动的影响

针对大跨度斜拉桥拉索大幅振动控制问题,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,建立了拉索在参、强联合激励作用下的面内非线性振动方程.运用多尺度摄动方法,对其进行求解,以长短两根有代表性的拉索为例,研究拉索阻尼的变化对其大幅振动的抑制机理.研究结果表明:增加斜拉索的阻尼,提高了斜拉索发生大幅振动所需激励幅值,在一定程度上增大了桥面振幅的安全区间.     

螺旋线对斜拉索涡激振动特性影响的试验研究

为研究不同参数的螺旋线对斜拉索涡激振动特性和气动力的影响规律,进行了针对表面无螺旋线斜拉索和缠绕不同参数螺旋线斜拉索的节段模型风洞试验,螺旋线参数包括根数、直径和缠绕间距. 结果表明：斜拉索表面缠绕1根螺旋线的涡激振动振幅远大于2根或3根螺旋线;在亚临界雷诺数区,缠绕螺旋线斜拉索的平均气动阻力系数均小于无螺旋线斜拉索,最多可减小10.9%;缠绕2根螺旋线的斜拉索平均阻力系数整体比3根螺旋线小. 斜拉索表面缠绕间距s=8D（D为斜拉索直径）的2根螺旋线时,缠绕直径d<15 mm螺旋线的斜拉索涡激振动现象明显;d ≥15 mm的螺旋线可显著降低斜拉索涡激振动响应幅值,其脉动升力系数相较于无螺旋线斜拉索有明显降低,证明缠绕大直径螺旋线对涡激振动响应控制的有效性. 螺旋线的缠绕间距对斜拉索涡激振动的影响与螺旋线直径有关,当螺旋线直径较小时,缠绕间距对涡激振动的影响并不明显;当螺旋线直径较大时,间距的大小直接影响涡激振动的抑制效果.     

斜拉桥塔-索-桥面连续耦合振动模型及其影响因素分析

针对端部激励下大跨度斜拉桥主塔、拉索与桥面梁协同振动问题,考虑拉索的初始垂度、倾角、阻尼及拉索重力弦向分力影响,引入拉索的高精度抛物线形,建立桥塔-拉索-桥面连续耦合非线性振动精细化模型,推导结构系统在桥面和索塔激励作用下的非线性振动方程,研究塔-索-桥面梁结构系统面内振动特性,并编制程序分析桥面与拉索频率比、桥面激励幅值、索力、拉索阻尼及拉索倾角对拉索振动特性的影响规律。结果表明:桥面梁与拉索频率比是系统发生大幅振动的直接诱因,其频率比为有理数时,系统将发生大幅振动,频率比接近2时将激发大幅主参数共振;桥面激励幅值和索力对拉索振动特性影响较大,拉索振幅随桥面激励幅值的增加呈非线性增加,随索力的增加呈先急剧减小,后趋于稳定;索的振幅随拉索阻尼增加而减小,但是减小幅度有限;实际工程中,拉索倾角对斜拉索振动影响较小。     

大跨度斜拉桥拉索分段模拟对动力特性的影响

为反映斜拉桥拉索本身和桥梁的相互耦合的动力特性,将单根拉索用多根索单元分段精细模拟,考虑拉索本身振动对传统的单梁式斜拉桥的整体动力特性计算结果的影响,同时还提出一个考虑拉索分段但忽略拉索本身振动的分析模型,并对三种模型的分析结果进行了比较,最后用一个风洞试验的气弹模型对动力特性进行了校核.     

斜拉索风雨激振面内运动的非线性分析

为深入研究斜拉索风雨激振面内的运动特性,依据弹性力学和气动弹性理论建立了连续斜拉索风雨激振面内非线性振动方程,利用伽辽金方法将偏微分方程转化为常微分方程.借助多尺度法得到面内一阶振动方程的平均方程和定常解,利用奇异性理论对系统进行分岔分析,确定了系统在零平衡点附近发生Hopf分岔对应的风速以及拉索发生风雨激振时对应的水线频率的范围.对拉索前四阶模态的振幅进行了数值模拟,考察了拉索以第一阶模态振动时风速、结构阻尼比等系统参数对拉索振幅的影响.研究表明,连续面内振动方程更能体现斜拉索风雨激振完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为.     

波浪形斜拉索的气动力及风致振动特性

斜拉索的风荷载和风致振动问题在工程设计和抗风研究领域备受关注，探索具有 较小气动力和良好抑振性能的新型斜拉索十分必要 . 针对某一特定几何尺寸的波浪形斜拉 索，通过风洞试验方法，研究了该波浪形斜拉索的整体气动力、风压分布、局部气动力、涡激振 动和干索驰振特性. 结果表明：在1.00×105~3.86×105 的雷诺数范围内，波浪形斜拉索的平均阻 力系数总体而言小于标准斜拉索，在低雷诺数范围可减阻 18%，最大平均升力系数相比标准 斜拉索可降低 80%；波浪形斜拉索的风压分布、气动力随雷诺数的整体变化规律与标准斜拉 索相似，但展向相关性较弱；波浪形斜拉索的涡激振动性能显著优于标准斜拉索，最大振幅降 低34%，最大振幅对应的风速提高了16%；干索驰振性能与标准斜拉索的结果相当，最大振幅 可减小5%，但发生振动的风速范围更宽.     

运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型

采用已有的水线气动力数据,假设拉索和水线之间相互作用力为库仑阻尼力和线性阻尼力,推导了三维连续弹性拉索和三维连续水线的运动偏微分方程,采用数值方法进行求解,得到三维连续拉索和三维连续水线的风雨激振响应规律.结果表明:当三维连续拉索大部分截面处于易于起振的风速区域时,水线在这些拉索截面形成并处于竖向平均气动力系数的突降区,三维连续弹性拉索发生大幅振动.拉索的振动含有多阶拉索固有频率成分,且水线除了在拉索固有频率处有能量峰值外,在5 Hz以下的其他频段均有少量的能量分布.另外,拉索和水线的库仑阻尼力增大,拉索振幅增大;当拉索模态阻尼比达到0.5%时,可有效地抑制拉索的风雨激振振动.     

考虑减振器弹性刚度时拉索张力的计算分析

为了提高装置减振器斜拉索张力的测试精度,在考虑减振器弹性刚度影响的基础上,建立了装置减振器拉索的振动微分方程。利用Laplace变换即可方便求得拉索的振型函数,结合减振器弹性刚度的中间支承条件,可得到拉索的频率特征方程,利用此频率特征方程就可以求得拉索的频率或张力。由于该方法求得的是精确解析解,因此其计算结果可以用来检验其他工程近似方法的计算精度。研究结果表明:斜拉索的抗弯刚度对斜拉索张力计算的影响不大,所以斜拉索张力计算可以忽略抗弯刚度的影响;减振器弹性刚度对减振器弹性刚度"较大"的斜拉索张力计算影响较大,对减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算影响并不十分显著,因此在减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算中可以不计减振器弹性刚度的影响。     

斜拉桥拉索风雨激振的理论分析

讨论了风雨激振产生和发展的机理。通过建立拉索风雨激振的运动方程，运用数值计算讨论了风雨激振中有关空气密度、阻力、风速、水线平衡位置、拉索与水线固有频率、水线质量和粘附力的7个量纲为1的参数对系统运动中的作用，然后作了运动的水线两种情况下拉索振幅的比较，最后将计算结果与Hikami所做的风洞试验结果作分析比较。     

斜拉桥拉索风雨激振的机理研究

进行了粘贴人工水线的斜拉桥拉索模型的风洞试验,并给出了效果;建立了拉索风雨激振的力学模型,并分析了拉索风雨激振的动力特性和各个参数的影响。     

斜拉桥拉索风雨激振研究的实验设计

设计了一种用于斜拉桥拉索风雨激振研究的试验装置 ,并进行了人工降雨雨振试验、人工水线雨振试验、气动措施制振试验及气动措施测力试验四组试验。试验结果表明 ,用此种试验方法研究拉索风雨激振是可行的 ,并得到了判断气动措施制振效果的定量分析方法。     

斜拉索上雨线的气动力特性的试验研究

设计制作了可方便调节雨线在拉索模型上的位置和风向角的试验装置、用于测压试验的带人工雨线的拉索模型，并在风洞中进行了拉索模型同步测压试验．试验得到了在典型拉索倾角下，具有不同风向角时拉索雨线模型上的风压和气动力系数．这些结果为建立更为精细的理论模型提供了基础。     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性，并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型；采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明，索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群；结构各组群振动的自振频率相对集中，其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

缆索结构系统动态响应的轴向主动刚度控制

研究一种索缆类结构系统动态响应的有源的轴向主动刚度控制技术,通过沿缆索轴向设计产生一个主动动态位移导致缆索系统的横向刚度变化并产生附加阻尼,使缆索的横向振动幅值减少。     

斜拉桥拉索-桥面耦合振动分析

斜拉桥拉索固有阻尼低、刚度小,容易引起大幅振动.基于拉索振动理论,建立了单根拉索及拉索-桥面耦合振动的方程,分析了拉索振动对桥面的作用以及桥面振动引起的拉索振动.研究表明拉索的大幅振动将对桥面产生很大的作用力,而当满足参数共振条件时桥面微小的振动能引起拉索的大幅振动.图6,参8.     

带固定人工水线拉索绕流的数值模拟

采用计算流体动力学软件CFX 5 .5对带固定人工水线拉索的绕流进行数值模拟 .选取 2种人工水线 ,计算了零倾角零风攻角时带固定人工水线拉索的阻力系数、升力系数、表面平均压力系数、固定人工水线上的气动力等 ,并与试验结果进行比较 .计算表明 ,表面平均压力系数在水线上有一突降