安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题,以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索为工程背景,研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果. 首先,进行了节段模型测力风洞试验,测量了安装灯具斜拉索的三分力系数,通过驰振力系数初步预测了发生驰振的风攻角范围;然后,分别进行了二维和三维节段模型测振风洞试验,测量了安装灯具斜拉索风振响应随风攻角、风速等的变化规律,探讨了阻尼比对提高驰振临界风速的影响规律 . 结果表明：安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索的平均阻力和升力系数最大分别可达1.8和1.5,静风荷载比未安装灯具时可增大 83%;局部凸起的点光源对安装灯具斜拉索的气动力影响很小;二维斜拉索的最不利风攻角为 8°,驰振力系数低至-7.9,阻尼比为 0.1% 时驰振临界风速为21.8 m/s;三维斜拉索的起振风偏角范围为 40°~56°、186°~196°,面内和面外都有较大振动;阻尼比为0.1%时起振风速低至4.7 m/s;起振后,随风速的增大,振幅线性增加,折减风速达到77时,无量纲位移可达到2D（D为斜拉索直径）;增大阻尼在相同风速下可降低振动的幅度;阻尼比小于 0.8%时,增加阻尼对驰振临界风速的提高作用有限;当阻尼比增大到 1.0%时,能够有效抑制安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振.     

桥梁长索结构风致振动研究新进展

随着桥梁跨径的增大,桥梁索结构的长细比越来越大、频率越来越低,出现了一些 新的风致振动问题,如悬索桥吊索风致振动、斜拉索高阶涡激共振、安装亮化灯具的桥梁索结 构驰振等. 针对这些新挑战,采用现场观测、风洞试验和理论分析等手段,研究人员进行了系统 的机理研究,并提出了一些有效的振动控制措施. 结果表明：悬索桥吊索风致振动的机理复杂, 在斜拉索上积累的振动控制经验难以直接应用,安装刚性分隔架是抑制索股相对振动的有效 手段;已在多座大跨径斜拉桥上观测到斜拉索高阶涡激共振,增加了斜拉索振动控制的难度, 采用双阻尼器是可同时控制斜拉索高阶涡激共振和低阶风雨激振的有效方案;在桥梁索结构 上安装亮化灯具极易引发驰振,增加阻尼器和优化灯具气动外形是避免该类振动的有效措施.     

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.     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.     

斜拉索辅助索减振的性能分析与试验研究

为了提高斜拉索辅助索的减振性能,分别采用辅助索阻尼器,辅助索索端阻尼器及主索索端阻尼器进行有限元及理论分析并用试验检验.有限元模型为一主跨1.4km斜拉桥的1/4索面,由38根斜拉索和4根辅助索组成.用ANSYS进行时程分析,忽略拉索内在阻尼,用MATLAB对数据进行处理.结果表明:阻尼器变形越大越能获得较大的最优模态对数衰减率;3种阻尼器均可使索网前3阶对数衰减率达到0.04,且安全系数达到2以上;主索索端阻尼器与辅助索索端阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果不为二者单独作用之和,且低于辅助索索端阻尼器单独作用时的减振能力;辅助索索端阻尼器或主索索端阻尼器与辅助索阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果约为二者单独作用之和.试验模型有3根主索和1根辅助索组成.试验结果证实有限元分析结果正确,二者的对数衰减率随阻尼器阻尼变化趋势相同.     

后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究

采用平面叶栅和环形叶栅吹风试验对后加载和高负荷前加载叶型的气动性能进行了详细的测量和研究.在平面叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的压力系数分布,研究了攻角、相对栅距、安装角和马赫数的变化对叶型能量损失系数的影响规律.在环形叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的近叶顶、中叶高和近叶根处的压力系数分布以及能量损失系数沿叶高的变化规律.对后加载和高负荷前加载叶型的三维成型规律进行了讨论.试验结果表明:高负荷前加载叶型相对于后加载叶型具有更大的负荷特性;高负荷前加载叶型在采用较大的切向弯曲后可以抑制二次流的发展和减少二次流损失;前加载叶型和后加载叶型均具有优良的气动性能.研究结果对于拓宽高性能叶型在汽轮机中的应用提供了理论基础和技术支持.     

叶片数对SCPPVC空气涡轮机气动性能影响的试验研究

立式集热板太阳能热气流发电系统(SCPPVC)空气涡轮机叶片数与其气动性能密切相关,利用Wilson设计方法,对该系统涡轮机叶片进行了初步设计,利用3D打印技术完成了叶片制样,简介了风洞方法。据此,试验研究了叶片数对SCPPVC系统空气涡轮机气动性能的影响。结果表明:以功率和风能利用系数为指标,涡轮机最佳叶片数以7片为宜;涡轮机输出功率与入口风速增加呈指数变化趋势,与涡轮机前后压差增大呈近似成线性关系。