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《橋梁工程斜拉橋拉素風(fēng)雨激振綜述》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、斜拉索風(fēng)雨激振相關(guān)綜述AA研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在問題未來研究方向研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在問題未來研究方向研究背景及意義斜拉橋拉索柔度大,阻尼小,質(zhì)量輕,使得結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)的敏感度很高,極易在風(fēng)和雨的激勵(lì)下發(fā)生大幅的風(fēng)雨激振。20世紀(jì)80年代,Hikami等發(fā)現(xiàn)斜拉索在風(fēng)雨作用下會(huì)發(fā)生大幅振動(dòng),最大振幅達(dá)到55cm,在國內(nèi),1997年,楊浦大橋拉索發(fā)生風(fēng)雨激振,造成部分拉索錨具破壞。此后,多次在大跨橋的斜拉橋上觀測到類似的現(xiàn)象。斜拉索振動(dòng)嚴(yán)重影響橋梁的安全性能,拉索的振動(dòng)會(huì)引起拉索端部接頭部分出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象,在索錨結(jié)合處產(chǎn)生裂紋,破壞拉索的防腐系
2、統(tǒng),嚴(yán)重的還會(huì)引起拉索的失效。現(xiàn)在普遍認(rèn)為:近95%的斜拉橋振動(dòng)問題是由風(fēng)雨激振引起的。因此有必要對(duì)風(fēng)雨激振現(xiàn)象進(jìn)行深入研究。研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在問題未來研究方向國內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究手段現(xiàn)場實(shí)測風(fēng)洞試驗(yàn)人工降雨試驗(yàn)人工水線試驗(yàn)理論分析CFD數(shù)值模擬現(xiàn)場觀測目前國內(nèi)外最為經(jīng)典的兩個(gè)實(shí)例為Hikami等對(duì)日本名港西大橋的實(shí)測和陳政清等對(duì)洞庭湖大橋的實(shí)測。1984年,Hikami和Shiraishi在日本的Meiko-Nishi橋上首次觀測到了風(fēng)雨激振現(xiàn)象,最大振動(dòng)幅值可達(dá)55cm,拉索長度從65m至200m不等,隨后Hikami對(duì)該橋進(jìn)行了為期5個(gè)
3、月的現(xiàn)場實(shí)測,發(fā)現(xiàn)風(fēng)雨激振僅發(fā)生在一定風(fēng)速范圍內(nèi),拉索表面會(huì)形成水線并沿拉索環(huán)向震蕩,發(fā)生風(fēng)雨激振時(shí),拉索振型一般為1~4階,頻率集中在1~3Hz。2001年—2004年,陳政清對(duì)岳陽洞庭湖大橋進(jìn)行了風(fēng)雨振觀測研究,發(fā)現(xiàn)拉索的最大位移達(dá)0.7m,最大加速度達(dá)10g,通過觀測結(jié)果,分析拉索的振動(dòng)形態(tài)和風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等參數(shù)對(duì)風(fēng)雨振的影響規(guī)律,認(rèn)為拉索風(fēng)雨振振動(dòng)形態(tài)有馳振的特征,拉索的穩(wěn)定大幅度振動(dòng)總是由某一階模態(tài)控制,其振動(dòng)頻率在3Hz以下?,F(xiàn)場觀測1996年,坐落于荷蘭的Erasmus大橋發(fā)生的風(fēng)雨激振現(xiàn)象,事后在橋面板和拉索之間架設(shè)PE繩索消除了這一振
4、動(dòng)。隨后,Persoon對(duì)該橋進(jìn)行了長期觀測。1997年,Main和Jones對(duì)美國德克薩斯州的FredHartman大橋進(jìn)行為期一年多的現(xiàn)場檢測,獲得了近5000組記錄數(shù)據(jù),每一組數(shù)據(jù)都包含斜拉索的位移、加速度、風(fēng)速和風(fēng)向等。Zuo等對(duì)FredHartman大橋的風(fēng)雨激振現(xiàn)象作了進(jìn)一步研究,選取其中一根拉索進(jìn)行長期觀測,發(fā)現(xiàn)斜拉索在2~6節(jié)模態(tài)均發(fā)生了風(fēng)雨激振現(xiàn)象,其中以2~4階模態(tài)的斜拉索振幅最大?,F(xiàn)場觀測根據(jù)眾多觀測結(jié)果,得到拉索風(fēng)雨激振現(xiàn)象的有如下特點(diǎn):拉索進(jìn)入大幅度振動(dòng)后,其波形猶如甩鞭狀,表現(xiàn)為低階振型,拉索表面會(huì)形成振蕩的水線;風(fēng)雨激振只有
5、在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)才會(huì)發(fā)生,降雨是拉索發(fā)生大幅風(fēng)雨激振的必要條件;風(fēng)雨激振的振幅大小與拉索的表面材料、長度、風(fēng)偏角和傾斜方向等參數(shù)有關(guān)。風(fēng)洞試驗(yàn)—人工降雨Hikami在對(duì)MeikoNishi橋進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測后,在風(fēng)洞中通過人工降雨重現(xiàn)了這一現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)上水線是引起拉索風(fēng)雨激振的主要原因,并提出風(fēng)雨激振的兩種可能機(jī)理,即單自由度馳振和彎扭耦合兩自由度馳振機(jī)理。Matsumoto等在大、小兩座風(fēng)洞進(jìn)行了一系列人工降雨實(shí)驗(yàn),對(duì)影響拉索風(fēng)雨激振的因素(拉索傾角、風(fēng)偏角、拉索表面材料等)進(jìn)行了研究。Cosentino等設(shè)計(jì)了能夠測量拉索表面壓力以及水線厚度和位置的人工
6、降雨實(shí)驗(yàn)裝置,研究不同風(fēng)速下水線的幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律與拉索振動(dòng)之間的關(guān)系。風(fēng)洞試驗(yàn)—人工降雨顧明等在國內(nèi)首次通過人工降雨實(shí)驗(yàn)裝置成功再現(xiàn)了風(fēng)雨激振現(xiàn)象,研究了各種參數(shù)對(duì)拉索振動(dòng)的影響并測量了拉索風(fēng)雨激振發(fā)生時(shí)的氣動(dòng)阻尼,此外還對(duì)纏繞螺旋線的氣動(dòng)措施的有效性進(jìn)行研究。除此之外,F(xiàn)lamand,Bosdogianni,李文勃、許林汕等也通過風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)研究各參數(shù)對(duì)拉索振動(dòng)的影響,揭示風(fēng)雨激振的產(chǎn)生機(jī)理。風(fēng)洞試驗(yàn)—人工水線Yamaguchi在其實(shí)驗(yàn)裝置中以圓柱體代替水線,建立八面形柱體節(jié)段模型,通過測力實(shí)驗(yàn)獲得拉索平均三分力系數(shù)隨風(fēng)攻角的變化規(guī)律,并最早提出彎
7、扭耦合兩自由度馳振模型。Matsumoto等通過對(duì)固定水線拉索模型的測振和測壓實(shí)驗(yàn),研究了上水線位置、風(fēng)速、風(fēng)攻角、紊流度等對(duì)拉索氣動(dòng)特性的影響,由此得出紊流度的增加對(duì)拉索的風(fēng)雨激振有抑制作用,水線所處位置對(duì)拉索氣動(dòng)特性有很大的影響。黃麟通過帶運(yùn)動(dòng)水線的節(jié)段拉索模型的測振實(shí)驗(yàn)研究了水線與拉索之間的耦合運(yùn)動(dòng)規(guī)律,分析了風(fēng)速、阻尼比等參數(shù)對(duì)拉索振動(dòng)的影響,比較固定水線與運(yùn)動(dòng)水線對(duì)拉索振動(dòng)的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:在一定風(fēng)速范圍內(nèi)當(dāng)水線的平衡位置正好處于“不平衡區(qū)域”內(nèi)時(shí),斜拉索發(fā)生大幅度振動(dòng)。風(fēng)洞試驗(yàn)—人工水線杜曉慶建立了可方便調(diào)節(jié)拉索模型風(fēng)向角和水線位置的帶人
8、工雨線的三維拉索模型,通過轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤改變風(fēng)向角,通過拉索的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)改變水線位