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.     

亮化灯具安装后斜拉索三维气动性能试验研究

安装亮化灯具后,斜拉索的气动外形发生明显改变,可能诱发不稳定振动,从而威胁结构的安全,因此有必要对安装亮化灯具后斜拉索的气动性能进行研究．以某大跨斜拉桥为研究背景,选取3种直径的斜拉索设计三维模型,通过风洞试验得到两种灯具安装方案的阻力系数、升力系数、Strouhal数和驰振系数,据此研究安装亮化灯具后斜拉索的驰振特性及旋涡脱落特点．研究结果表明：由于方案一中铝槽的存在,发生驰振的概率较大;将灯具直接固定于拉索表面的方案二产生驰振的概率较低,但旋涡脱落强度与频率并无明显区别;风偏角对旋涡脱落频率与强度产生较大影响．研究结果可为同类型工程提供参考．     

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.     

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.     

桥梁吊杆索尾流驰振问题的数值研究

对一座大桥长吊杆索的尾流驰振问题进行了数值研究.基于Reynolds平均的非定常N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用商业CFD软件FLUENT对串列双吊杆索的绕流流场进行了数值模拟,得到了不同工况下下游吊杆索气动力的瞬时值、时间平均值及其气动导数.在此基础上进行的上游吊杆索尾流中的下游吊杆索的稳定性分析发现,在设计参数下,当攻角较大或较小时是稳定的,但在攻角的中间范围是不稳定的,会发生尾流驰振现象.该结果与传统理论一致,为该桥的增设阻尼器的必要性提供了依据.     

大长细比圆柱体顺流向与横向耦合涡激振动的研究

针对大长细比圆柱体的涡激振动问题,建立了柱体顺流向与横向耦合的涡激振动模型,在尾流振子模型的基础上,引入了柱体振动的加速度耦合项,同时考虑到柱体振动瞬时速度的变化,引入了非线性流体力模型.采用有限差分法求解柱体的振动方程,计算结果与实验结果的对比显示,该文模型能较好地模拟大长细比圆柱体涡激振动的重要特性,包括振动频率、振动模态、驻波与行波的特征等.柱体在顺流向的变形曲率与横向的变形曲率在同一量级,说明两个方向的振动对于结构疲劳破坏的贡献同等重要.     

桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究

由于近年来逐渐增多的大跨度结构具有轻柔的特点,其抗风性能亦面临着前所未有的考验。总结了桥梁结构通常会出现的风致振动,并论述了相应的结构振动控制措施,以期对大跨度桥梁结构的建设有一定的参考意义。     

高阻尼高雷诺数下串列双圆柱尾流激振数值研究

流激振动水流动能转换装置多柱体阵列涉及复杂的尾流激振问题,其运行时柱体振动具有高阻尼、高雷诺数特征.基于雷诺平均Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型和任意拉格朗日-欧拉流固耦合动网格控制方法建立串列双圆柱尾流激振数值模型,重点考察小间距比(两圆柱中心距离与圆柱外径之比)、高阻尼、高雷诺数条件下串列双圆柱的尾流激振特性.计算时间距比分别为1.5、2、3、4、20,振动圆柱阻尼比为0.12,雷诺数范围为17 000～98 000.结果表明,不同间距条件下下游圆柱振动表现为驰振、分离的涡激振动-驰振、涡激振动等不同的振动特性,振动特性的不同与上游圆柱后面的尾流形态及其剪切层重附于下游圆柱的方式密切相关,间距比为1.5、2时上游圆柱分离出来的剪切层交互式地重附于下游圆柱,使下游圆柱振动表现为驰振;间距比为3、4时下游圆柱振动表现为分离的涡激振动-驰振振动形式,此振动形式的出现与恒定式的剪切层重附方式或剪切层未发生卷曲有关.     

基于浮框式测力模型的桥梁涡激力特性研究

基于开发的内置浮框式三节段测力模型装置,通过弹性悬挂测振风洞试验测试了某大跨度斜拉桥初步设计主梁断面的涡振响应及对应的涡激力.分析了发生竖向涡激共振的0°与+3°两种风攻角下的数据,验证了内置浮框式三节段测力模型在桥梁断面气动力测试中的可靠性,对比研究了不同风攻角下涡激力与涡激振动响应的测试结果,探讨了锁定区间范围内涡振频率、力与位移之间相位差及涡激力做功的变化情况.结果表明,内置浮框式三节段测力模型可以在风致振动过程中同步测试气动力;所测试得到的涡激力频率在风速锁定区间内与位移响应频率完全一致,同时,模型的竖弯涡激力与涡激振动位移响应之间存在的相位差随风速增大而增大,而涡激力做功有一个先增大后减小的变化过程.     

安装肋条斜拉索的涡激振动和气动力特性研究

以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式（通长安装和间断交错安装）、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明：和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间断交错安装方式的抑振效果优于通长安装方式,肋条数量为8根的控制效果优于6根和12根;增加肋条宽度和厚度都会减小涡激振动振幅;肋条斜拉索的脉动升力系数显著小于标准斜拉索,且功率谱尖峰幅值降低或不存在显著尖峰,表明间断交错肋条可以降低卡门涡脱落强度甚至完全抑制;对于气动力,在试验雷诺数范围内,安装肋条后平均气动力系数无明显雷诺数效应;相比于标准斜拉索,肋条为通长安装时均会增加斜拉索的平均阻力系数,而采用间断交错安装时,不同肋条数量、尺寸和风攻角对斜拉索的增阻减阻情况不同. 当采用8根尺寸为 20 mm×15 mm的肋条间断交错安装时,在所有风攻角下都有良好的抑振效果,最大涡振振幅减小率可达到96.79%,且平均阻力系数均稳定在1.13附近,平均升力系数均稳定在0附近.     

斜拉索风雨激振空间模型

斜拉索风雨激振是复杂的气、液、固三相耦合振动问题 ,目前研究仅给出二维平面力学模型 .为考虑整根拉索振动的影响 ,引入了多振型自由度索单元模拟斜拉索的空间振动曲线 ,同时考虑水线和索的耦合振动以及水线位置对拉索气动特性的影响 ,推导了拉索—水线耦合振动的非线性方程 .为考虑系统运动的稳定性 ,引入Hurwitz判别式 ,可以迭代求得最小失稳临界风速 .最后通过算例验证了本文方法的正确性     

悬浮隧道管体运动对锚索涡激振动的影响规律

根据锚索式悬浮隧道的运动特性,假设锚索是两端铰接的非线性梁模型,并将管体运动简化为两自由度的质点运动,将其视作一种参数激励。考虑锚索长期处于海流环境下,其顺流向涡激力和管体横荡运动方向一致,锚索的运动响应可能会产生明显变化。建立锚索的非线性顺流向涡激振动方程,并通过Galerkin方法和Runge-Kutta方法对该方程进行求解,选取典型悬浮隧道的结构进行数值分析,结果表明：在锚索前三阶模态中,相比于一阶模态幅值,二阶和三阶模态幅值是一个很小的量,可以忽略不计;参数激励可以使锚索更快进入稳定状态,且对振动幅值的增加有显著影响;参数激励对顺流向涡激振动的影响程度与锚索顶端的端部激励幅值和频率有关。     

斜拉桥双索与桥面耦合的非线性参数振动特性分析

考虑斜拉索几何非线性的影响,以及桥面运动而引起的拉索内力变化,基于牛顿定律,推导了斜拉桥双索与桥面耦合的非线性振动方程．运用Galerkin方法将非线性偏微分方程转化为关于时间的二阶常微分方程．利用多尺度法时系统进行摄动分析,发现系统存在许多参数共振形式,并针对其中一种参数共振,数值分析了双索在振动过程中的相互影响．结果表明：只变动其中一根索的参数,另一根索的运动特性会受到较大影响．这说明索一索的间接耦合作用不容忽视．     

金属伴侣蛋白研究进展

金属伴侣蛋白是近年来发现的一类金属转运蛋白,通过准确地运送、交付金属离子给目标蛋白,协助激活金属酶。本文以铜、镍金属伴侣蛋白为例．介绍了金属伴侣蛋白结构、功能及其运送机理;并展望了金属伴侣蛋白将来的研究方向。     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

随机车流作用下大跨度悬索桥振动分析

引入元胞自动机随机车流模拟方法,采用已建立的能考虑车辆空间振动的18个自由度整车模型模拟车流中重型车辆,利用单自由度车辆模型模拟车流中其他车型,模拟了能考虑邻近车辆对车流的影响桥上随机车流模型.通过车轮与桥面间的变形与接触力协调关系,建立了桥梁与车流耦合作用下运动方程.分析表明:车流中相邻车辆是否考虑对桥梁振动位移的影响较大,且随机车流作用下引起的悬索桥主梁及索塔的空间振动不能被忽视.     

椭圆抛物型问题的最新进展

继2004年2月在台湾清华大学举办的椭圆抛物型问题国际会议之后，又于2004年12月7—9日在瑞士苏黎世大学就同样的问题举办了瑞士一日本研讨班。本书就是由这次研讨班中的研究论文组成。     

桩-土-结构相互作用对大跨钢管混凝土拱桥风振响应的影响

以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为例,基于ANSYS软件建立了该桥的三维有限元模型,研究了考虑桩-土-结构相互作用对大跨度钢管混凝土拱桥风振响应的影响.结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,结构的自振频率减少,风振响应有所增加.