橋梁工程斜拉橋拉素風(fēng)雨激振綜述.ppt

《橋梁工程斜拉橋拉素風(fēng)雨激振綜述.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在PPT專區(qū)-天天文庫。

1、斜拉索風(fēng)雨激振相關(guān)綜述AA研究背景及意義斜拉橋拉索柔度大，阻尼小，質(zhì)量輕，使得結(jié)構(gòu)對風(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，破壞拉索的防腐系統(tǒng)，嚴(yán)重的還會引起拉索的失效?，F(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

2、。因此有必要對風(fēng)雨激振現(xiàn)象進(jìn)行深入研究。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)場觀測目前國內(nèi)外最為經(jīng)典的兩個(gè)實(shí)例為Hikami等對日本名港西大橋的實(shí)測和陳政清等對洞庭湖大橋的實(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對該橋進(jìn)行了為期5個(gè)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，陳政清對岳陽洞庭湖大橋

3、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。現(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繩索消除了這一振動(dòng)。隨后，Persoon對該橋進(jìn)行了長期觀測。1997年，Main和Jones對美國德克薩斯州的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)

4、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，拉索表面會形成振蕩的水線；風(fēng)雨激振只有在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)才會發(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Me

5、ikoNishi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

6、數(shù)對拉索振動(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，并最早提出彎扭耦合兩自由度馳振模型。Matsumoto等通過對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、紊流度等對拉索氣動(dòng)特性的影響，由此得出

7、紊流度的增加對拉索的風(fēng)雨激振有抑制作用，水線所處位置對拉索氣動(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)對拉索振動(dòng)的影響，比較固定水線與運(yùn)動(dòng)水線對拉索振動(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)改變水線位置，為便于觀察而發(fā)大拉索的模型直徑，拉索模型直徑為350mm,約

8、為實(shí)際拉索直徑的2~3倍。通過試驗(yàn)同時(shí)測得拉索和人工水線的風(fēng)壓和氣動(dòng)力系數(shù)，并得到其風(fēng)壓分布規(guī)律。顧明、劉慈軍、彭天波、呂強(qiáng)、孫文峰等也通過一系列固定