斜拉索风雨激振中拉索和水线之间的耦合运动

斜拉索风雨激振严重影响到斜拉桥的安全运营,但其机理至今仍无定论.如何假定水线与拉索表面之间的作用力是建立风雨激振理论模型的难点之一.假定水线与拉索表面之间作用力包括库仑阻尼力和线性阻尼力,推导了拉索和水线的运动微分方程,建立了三维节段拉索风雨激振理论分析模型.采用数值方法对拉索和水线运动微分方程进行求解,得到了拉索和水线的运动规律.结果表明:拉索振动具有"限速"、"限幅"的特征,并能够采用拉索竖向气动力的突降进行解释;水线在拉索表面的平衡主要是气动力和重力之间的平衡,拉索运动产生的附加惯性力为水线往复运动提供能量,而库仑阻尼力和线性阻尼力则消耗能量阻止水线从拉索表面脱落.     

水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用

从理论和试验两个方面研究了水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用。建立了拉索和水线的运动方程，应用李雅普诺夫函数给出了水线不平衡角的判别公式。设计了一种新型的带有可运动人工水线的拉索模型，并进行了风洞试验。理论和试验结果表明，水线震荡是导致拉索风雨激振具有较大不稳定范围的主要原因。试验结果证明了理论模型和分析的结果是正确的。     

斜拉索风雨激振中拉索和水线之间的耦合运动

斜拉索的大幅振动问题,例如风雨振、干索驰振,是桥梁设计和研究人员关注的问题之一。为了防止风雨振的发生,在斜拉索表面设置螺旋线是一种常见措施。而在进行螺旋线直径、间距选取时,只关注其对风雨振的影响,未考虑对干索驰振的影响。为了明确不同螺旋线参数组合对风雨振、干索驰振振动特性的影响,通过风洞试验的方法,在风速6 m/s~50 m/s范围内,在有、无人工模拟降雨环境下对不同螺旋线参数组合斜拉索进行测振试验,得到斜拉索模型振幅随螺旋线参数的变化规律。研究结果表明：总体而言,设置螺旋线后,斜拉索振幅减小,但斜拉索的振幅并非随螺旋线直径单调改变,呈现先增大后减小的趋势,螺旋线直径增大到某一数值时,振幅最大,工程应用中应慎重选择螺旋线的直径;随着螺旋线间距的增大,斜拉索振幅逐渐减小,设置螺旋线后,干索驰振的振幅明显减小;对于同一间距,螺旋线直径改变对干索驰振的影响不明显,对于同一直径,螺旋线间距小于临界间距后,螺旋线间距的改变对干索驰振的影响不明显,螺旋线间距大于临界间距后斜拉索发生明显振动。     

斜拉索风雨振的动力学行为研究

建立了两个自由度的连续斜拉索风雨振理论模型,比已往的截断模型能更好的体现连续斜拉索风雨振完整的动力学特性.利用伽辽金截断方法将连续偏微分方程转化为常微分方程,借助规范形理论得到了系统的平均方程,证明了系统存在稳定的定常解.运用Mathematica程序对系统进行数值分析,得到了拉索和水线的运动相图.数值模拟结果对理论研究的有效性进行了验证.最后讨论了拉索线性阻尼系数、水线与拉索间的粘附系数、水线单位长度质量等参数对拉索振幅的影响,并提出相应的工程解决方案.     

水线-雷诺数效应-斜拉索振动关系的试验研究

通过对不同位置粘贴有水线的斜拉索模型进行测力和测振风洞试验,分析了不同雷诺数下的阻力系数、升力系数和振幅等参数,研究了水线影响雷诺数效应及通过影响雷诺数效应导致振动的机理,研究结果表明：水线能影响力系数随雷诺数的变化规律,力系数的大小和变化规律与振动有着十分密切的关系;在较低的水线位置,随着雷诺数的上升,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅增大,发生类似临界雷诺数的效应,力系数随水线位置的变化规律导致驰振系数为负,在这种情况下发生大幅振动,用临界雷诺数效应和驰振均可解释;在较高的雷诺数下,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅变化,每个水线位置都发生了不同程度的振动,该振动的机理可能与临界雷诺数效应导致的振动机理类似。     

三维运动水线斜拉索风雨激振影响因素探究

风雨激振是斜拉索发生大幅振动的情况中较为典型的现象。水线运动规律及其受力情况的分析是建立风雨激振理论模型的难点之一。该文分别采用假定水线按正弦规律运动和进行受力分析建立水线运动方程两种模型与建立的拉索三维连续体模型进行联立,采用数值方法进行对比研究,得到了拉索和水线的运动规律,验证了二阶振动模态的影响可忽略的假设的合理性,讨论了水线振动幅度对拉索振幅的影响,发现拉索的振动幅值与水线的振动幅值正相关,考察了水线振动频率与相关参数(单位长度水线质量、风速等)的关系,研究了水线与拉索的振动相位关系,得到了较为合理的风雨激振现象的机理解释。     

风雨激振时水线与拉索双向耦合的三维数值模拟

基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式;考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响,将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型,研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规律、拉索升力及其振动规律。结果表明:应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态、厚度及环向振荡范围均与实验结果相近;上水线的环向周期性运动导致拉索升力周期性变化,二者步调一致且频率相同,均接近拉索自振频率,引发拉索大幅度自激振动。     

斜拉索风雨振气动抑振措施的参数优化

本文通过风洞试验,研究了斜拉索空间位置、降雨量、风速等对斜拉索风雨振的影响,选定了振动最大时的参数,研究了作为气动抑振措施的螺旋线直径和缠绕间距两个参数对抑振效果的影响,并研究了附加不同参数螺旋线时斜拉索的气动阻力系数随雷诺数的变化规律,发现针对本研究选定的直径155mm的斜拉索,斜拉索的水平角35°、竖向角25°、较小的降雨强度（10mm/h）、特定的风速范围（无量纲风速60~100）下发生的振动最为激烈;在选定螺旋线间距的情况下,随着螺旋线直径的增大,其抑振效果趋于显著;在选定螺旋线直径的情况下,随着螺旋线间距的减小,其抑振效果趋于显著;附加螺旋线斜拉索的气动阻力系数随螺旋线直径的增大或螺旋线缠绕间距的减小而增大。在超临界雷诺数区域,附加螺旋线时的阻力系数均大于无螺旋线时的阻力系数。提出了优化的螺旋线设计原则。     

准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型

以三维连续斜拉索为研究对象,推导了风雨激振发生时拉索在面内面外的运动微分方程,建立了准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振的理论模型。为简化复杂问题,将水线的运动规律近似成正弦形式,并且假定水线平衡位置、水线振动幅值与来流风速的关系。首先将水线固定在拉索表面,得到了典型驰振的响应;接着详细研究了来流风速、水线振动频率、水线形成位置、风速剖面和拉索阻尼比等对三维连续拉索的风雨激振响应的影响。     

滑移理论在斜拉索风雨激振两自由度模型研究中的应用EI北大核心CSCD

考虑斜拉索顺风向振动的影响,基于滑移理论建立斜拉索风雨激振两自由度模型。借助计算流体力学软件Fluent求解水膜运动方程中的风压力系数和风摩擦力系数。通过数值求解耦合的水膜运动方程和拉索振动方程,分别研究风雨激振过程中拉索表面水膜形态变化(水线运动)特性、拉索气动升力和阻力变化规律以及拉索横风向与顺风向振动响应。在此基础上,分析三者之间的内在联系,揭示风雨激振的产生机理,即:水线在斜拉索表面的周期性振荡导致拉索升力和阻力的周期性变化,从而引起拉索横风向和顺风向的大幅度振动,而斜拉索在两个方向的周期性振动反过来又会加强水线的周期性振荡;水线与斜拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因。     

螺旋线参数对斜拉索风雨振抑振效果的试验研究

螺旋线是常用的抑制斜拉索风雨振的措施。为了研究优化的螺旋线参数,通过风洞试验的方法,针对直径分别为90 mm、110 mm、155 mm、160 mm的斜拉索模型,分别缠绕0.7 mm~3.0 mm直径的单螺旋线或双螺旋线,考察了螺旋线直径、缠绕方式、缠绕的间距等参数对不同直径斜拉索风雨振的抑振效果,发现在斜拉索直径不变的情况下,对于同一螺旋线间距,螺旋线直径越大抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径,螺旋线间距越小抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径和相同的缠绕方式,斜拉索直径越大,抑振需要的螺旋线间距越小。针对不同直径的斜拉索,为了达到抑振效果,提供了所需要的螺旋线参数组合,为实际工程设计提供了参考。在实际工程中,需要针对斜拉索直径、表面真实状态以及斜拉索生产和安装等各种因素综合考虑各参数组合。     

用LES方法对斜拉桥斜拉索风雨振的机理的研究

在特定的风雨条件下,斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象。这种振动会造成索-梁和索-塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题,因此,研究并明确斜拉索风雨振的机理,从而找到这种振动的控制方法,已经成为紧迫的研究课题。该文从流场分析入手,利用数值分析的Large-eddy simulation方法,研究了索面存在水线的情况下水线位置不同时流场分布的变化和卡尔曼涡强度的变化,提出水线后侧"小涡"的脱落是影响卡尔曼涡强度的原因。在风速高于卡尔曼涡致振动风速的条件下,当卡尔曼涡受到小涡影响变得足够弱时,索容易发生振动。     

带有纵向肋条斜拉索的风雨激振减振机理研究

基于滑移理论,推导耦合的水膜运动方程和斜拉索运动方程,得到了可用于分析任意横断面外形斜拉索的风雨激振理论模型;并建立带有两个纵向肋条的斜拉索外形,通过对方程组进行求解分析水膜形态、斜拉索升力及斜拉索振动响应之间的相互联系,探究其减振机理。结果表明：带有两个肋条的斜拉索虽不能抑制上水线的形成,但与圆形横断面斜拉索的相比,使上水线厚度变薄,并且阻碍水线沿斜拉索表面的周期性滑落,扰乱其与斜拉索振动的频率相关性,使得斜拉索升力周期性特性减弱,从而抑制斜拉索在横风向的大幅度振动,阻碍风雨激振现象的产生。     

阻尼器对拉索风雨激振的控制效果研究

斜拉桥拉索风雨激振的机理目前还没有定论,人们采取了许多控制风雨激振的措施,在拉索端部安装阻尼器就是最常用的方式之一。在作者建立的三维连续拉索风雨激振理论模型的基础上,建立了阻尼器控制三维连续拉索风雨激振的新理论模型。首先研究了有限差分法中处理阻尼器产生的狄拉克函数的近似方法;然后进行了两端不在同一水平的带阻尼器拉索的自由振动分析;最后,采用准运动水线模型和运动水线模型,研究了阻尼器对拉索风雨激振的控制效果,详细分析了阻尼器空间位置、拉索垂度等对阻尼器控制效果的影响。     

风雨激振时水膜形态与拉索振动间的双向耦合

风雨激振是指斜拉索在特定风雨条件下的一种低频大幅度振动。该文应用滑移理论并结合单自由度振动理论建立耦合的水膜运动方程和拉索运动方程,应用计算流体力学软件Fluent求解水膜运动方程中的风压力系数和摩擦系数,通过数值求解方程组来研究水膜形态变化、拉索升力及其振动响应之间的联系,以揭示风雨激振的产生机理。结果表明：拉索表面水膜形态的周期性变化导致拉索升力的周期性变化,从而引起拉索的大幅度振动;水线与拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因。     

爆破震动效应对建筑物的影响

介绍了爆破地震效应的研究概况,论述了爆破地震对建筑物的影响因素。利用支撑爆破中三次爆破震动的监测数据,拟合了速度、加速度和位移反应谱曲线。文中对这些反应谱曲线进行了分析和比较,讨论了爆破地震效应对建筑物的影响。同时,阐述了爆破震动下建筑物的频谱特性。由频谱分析可以看出,建筑物整个结构的运动峰值在11Hz左右,其功率谱密度大约是地面的38倍。     

基于混合单元建模的复合板热诱导结构振动研究

针对复合板的热诱导结构振动问题，提出一种新的混合单元计算模型，将三维和二维单元组成混合单元，利用不同类型单元体现复合结构中不同的材料特性，实现对真实复合结构物理特征的高精度模拟。在此基础上基于虚功原理建立了三维形式的复合板瞬态热弹性动力学方程，利用该方法对空间大尺度复合薄板的热诱导扰动进行研究。仿真结果表明，结构固有频率和热容是决定热诱导振动发生的主要内囚，对于一些刚度较大的空间复合薄板，由于空间约束环境弱，整体频率低易发生热诱导结构振动。本研究对于空间大尺度复合平板结构的工程设计具有一定的参考价值。