基于节段模型测振的悬索桥吊索尾流致振机理研究

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1、学校代号10532学号S150100094分类号U441+.3密级公开硕士学位论文基于节段模型测振的悬索桥吊索尾流致振机理研究学位申请人姓名黄君培养单位土木工程学院导师姓名及职称李寿英教授学科专业桥梁与隧道工程研究方向大跨桥梁关键技术研究论文提交日期2018年5月23日学校代号：10532学号：S150100094密级：公开湖南大学硕士学位论文基于节段模型测振的悬索桥吊索尾流致振机理研究学位申请人姓名：黄君导师姓名及职称：李寿英教授培养单位：土木工程学院专业名称：桥梁与隧道工程论文提交日期：2018年5月23日论文答辩日期：2018年5月26日答辩委员

2、会主席：李正农教授MechanismInvestigationontheWake-inducedVibrationofthehangersofSuspensionBridgesBasedonVibrationMeasurementofSectionalModelsbyHUANGJunB.E.(ShijiazhuangTiedaoUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngin

3、eeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIShouyingMay,2018基于节段模型测振的悬索桥吊索尾流致振机理研究摘要随着悬索桥跨径的不断增大，吊索长度越来越长。悬索桥吊索频率低、阻尼小、质量轻，极易在风荷载、车辆荷载等作用下发生大幅振动，这将缩短吊索的疲劳寿命，从而对整座桥梁的安全性及耐久性产生影响。已有的资料显示，国内外多座悬索桥上发生吊索的大幅风致振动现象，包括丹麦大海带东桥、日本明石海峡大桥以及我国西堠门大桥，且各桥的有效抑振措施不同，这说明引发悬索桥吊索大

4、幅振动的起振机理有多种。本文通过风洞试验和理论分析的方法，针对悬索桥吊索索股之间的尾流致振机理进行研究。全文主要工作如下：（1）制作了双索股表面光滑刚性节段模型(模拟平行钢丝吊索)，进行了多工况的悬索桥吊索二维节段模型测振风洞试验。得到了下游索股发生尾流致振的空间范围。在此基础上，测量了下游索股的运动响应规律，研究了来流风速、阻尼比等对下游索股风致振动的影响规律。结果表明：在X≤5.25、Y≤1.5的空间范围内，下游索股会发生大幅振动，其振动形式包括两种类型：单自由度直线运动和双自由度椭圆运动，其稳定运动频率分别稍大于和小于结构固有频率。风速大小对下游

5、索股的运动规律有明显影响；阻尼比增大可增加起振风速，但对振幅的影响较小。（2）制作了双索股表面粗糙刚性节段模型(模拟钢丝绳吊索)，进行了多工况的悬索桥吊索二维节段模型测振风洞试验，为了对比试验结果，进行了同等试验条件下的光滑索股测振风洞试验。得到了下游索股发生大幅振动的空间范围。测量了下游索股的运动响应规律，并对下游索股风致振动进行了参数分析。结果表明：粗糙索股发生大幅振动的空间范围要小于光滑索股。下游粗糙索股只存在双自由度椭圆振动一种形式，其稳定运动频率小于结构固有频率，有显著的气动负刚度效应。风速和结构阻尼比等对粗糙索股的影响整体与光滑索股相似。（

6、3）以准定常理论为基础，通过数值仿真来得到的运动响应规律，并与试验进行对比，然后从能量的角度研究尾流致振的机理。结果表明：以准定常理论为基础的理论模型可以得到椭圆形运动响应，与试验结果吻合较好。在一个运动周期内，气动刚度力所做的功为正。气动阻尼力所做功为负，这说明下游索股椭圆形运动是由负气动刚度力驱动的，这与风洞试验中的下游索股的频域特性一致。关键词:悬索桥吊索；风洞试验；节段模型测振；理论分析；尾流致振；气动刚度力II硕士学位论文AbstractAsthespanofasuspensionbridgecontinuestoincrease,thele

7、ngthofthehang-erisgettinglonger.Becauseofthelowfrequency,lowdamping,andlightweight,suspensionbridgehangerscaneasilyundergosignificantvibrationundertheeffectsofwindloads,vehicleloads,etc.Thiswillshortenthefatiguelifeofthehangers,therebyaffectingthesafetyanddurabilityoftheentirebr

8、idge.Accordingtoavailabledata,therehavebeensign