斜拉索風(fēng)雨激振和索橋塔耦合參數(shù)振動(dòng)的研究

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1、摘要近年來，由于鋼材料的性能提高，大量全張力構(gòu)件被應(yīng)用于建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)物當(dāng)中，而張緊索作為其中的主要形式得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)雨激振與索橋耦合參數(shù)振動(dòng)由于其振動(dòng)幅值較大、危害較為嚴(yán)重而成為橋梁工程界十分關(guān)注的問題。本文主要對(duì)這兩方面的內(nèi)容進(jìn)行了深入研究，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1．簡(jiǎn)單介紹了幾種常見的拉索的風(fēng)致振動(dòng)，分別介紹了風(fēng)雨激振及索橋塔耦合參數(shù)振動(dòng)的振動(dòng)特點(diǎn)、研究方法以及目前的研究現(xiàn)狀。2．分別在拉索的兩種初始靜態(tài)垂度曲線方程下建立了拉索風(fēng)雨激振的空間力學(xué)模型。在對(duì)水線的處理中，主要采用兩種處理方式，便于后續(xù)對(duì)比性工作的進(jìn)行。一是假

2、設(shè)水線按正弦規(guī)律運(yùn)動(dòng)，其頻率和拉索一階固有頻率相等；二是對(duì)水線進(jìn)行受力分析，假定水線與拉索表面間存在的阻尼力為庫(kù)侖阻尼力的形式，列出其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。然后對(duì)不同的靜態(tài)曲線拉索與不同的水線方程進(jìn)行組合分別進(jìn)行求解，得到了拉索在不同風(fēng)速的情況下的跨中的面內(nèi)、面外位移時(shí)間歷程曲線以及它們的幅頻曲線。計(jì)算結(jié)果表明：在四種模型組合情況下，拉索均以單模態(tài)振動(dòng)為主，且面內(nèi)振動(dòng)的幅值約為面外振動(dòng)的十倍，為拉索安全的主要威脅；拉索的振動(dòng)幅度隨風(fēng)速的增大而先增大后減小，隨庫(kù)侖阻尼力增大而普遍減小，并且水線的平衡位置也同時(shí)發(fā)生變化；在水線質(zhì)量約為0．16kg／m時(shí)水

3、線的計(jì)算平衡位置與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為接近；但在運(yùn)動(dòng)水線的情況下，普遍的最大振動(dòng)風(fēng)速有所降低，更容易出現(xiàn)風(fēng)雨激振現(xiàn)象，但同時(shí)運(yùn)動(dòng)水線的情況下，拉索的振動(dòng)幅值也有所降低，這主要是因?yàn)樗€的振動(dòng)幅度受到了風(fēng)力及外部因素的限制，而未能達(dá)到如假定般大小。3．在考慮橋塔的整體振動(dòng)特性及索橋連接處的邊界條件不完全等同于簡(jiǎn)支梁的情況下，研究斜拉橋索一橋一塔耦合參數(shù)振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)特性，并對(duì)比性地研究了在橋面正弦激勵(lì)、不平順激勵(lì)、風(fēng)雨激勵(lì)以及不平順同風(fēng)雨聯(lián)合激勵(lì)下的斜拉橋橋塔，拉索和橋面的響應(yīng)，及其同橋面的初始響應(yīng)、橋面的剛度與塔的剛度比、索的固有頻率與橋面的固有頻

4、率比等相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，同時(shí)研究了在拉索受到風(fēng)雨激勵(lì)條件下時(shí)的耦合系統(tǒng)的振動(dòng)特性。結(jié)果表明：橋面的振動(dòng)頻率與拉索固有頻率比是發(fā)生參數(shù)振動(dòng)的本質(zhì)要求，橋面的初始響應(yīng)的增大，使橋梁索的最終幅值響應(yīng)增大，并且響應(yīng)的時(shí)間也明顯縮短；而橋塔剛度、索的初始應(yīng)力大小對(duì)拉索的振動(dòng)也有較為明顯的影響；而在風(fēng)雨激勵(lì)下，拉索的振動(dòng)出現(xiàn)較明顯的拍振現(xiàn)象，且拉索的振動(dòng)主要由三種頻率構(gòu)成，橋塔的振動(dòng)頻率則有兩種疊加。關(guān)鍵詞：斜拉橋，拉索，風(fēng)雨激振，仿真，索橋塔參數(shù)激振ABSTRACTInrecentyearsduetothesteelmaterialperformanc

5、e，largeamountsofthetensionmembersareappliedtobuildings，bridgesandotherstructures，whilethetensioningcableasthemainformarewidelyused．TheamplitudeofRain．wind—inducedvibrationandtheparametervibrationisSObiganditsconsequenceisSOgrievousthatbridgeengineersareveryconcernedaboutth

6、eproblem．Sointhispaper,themaincontentsareaboutthesetwoaspects，thefollowingjobsaredone：1．Thispaperbrieflyintroducesseveralkindsofcommoncablewind．inducedvibration．Thecharacteristic，researchmethodsandpresentresearchsituationofrain‘wind-inducedvibrationareintroducedsuchasthepa

7、rametricvibration．2．Thespatialmechanicsmodelofrain．wind．inducedvibrationofcableisestablishedwithtwodifferentinitialstaticsagcurveequations．ThemostdifficuItproblemofestablishthemodeloftheRWIVistheanalysisandhypothesisoftherivulet。stressandcharacteristicsofmotion．Inthispaper

8、,thecomparativestudvofRWIVwillbeproceeding．Aimattheproblemofthemodeloftherivulet．a(chǎn)kindoft