桥梁工程斜拉桥拉素风雨激振综述

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1、斜拉索风雨激振相关综述AA研究背景及意义国内外研究现状存在问题未来研究方向研究背景及意义国内外研究现状存在问题未来研究方向研究背景及意义斜拉桥拉索柔度大，阻尼小，质量轻，使得结构对风的敏感度很高，极易在风和雨的激励下发生大幅的风雨激振。20世纪80年代，Hikami等发现斜拉索在风雨作用下会发生大幅振动，最大振幅达到55cm，在国内，1997年，杨浦大桥拉索发生风雨激振，造成部分拉索锚具破坏。此后，多次在大跨桥的斜拉桥上观测到类似的现象。斜拉索振动严重影响桥梁的安全性能，拉索的振动会引起拉索端部接头部分出现疲劳现象，在索锚结合处产生裂纹，破坏拉索的防腐系

2、统，严重的还会引起拉索的失效。现在普遍认为：近95%的斜拉桥振动问题是由风雨激振引起的。因此有必要对风雨激振现象进行深入研究。研究背景及意义国内外研究现状存在问题未来研究方向国内外研究现状研究手段现场实测风洞试验人工降雨试验人工水线试验理论分析CFD数值模拟现场观测目前国内外最为经典的两个实例为Hikami等对日本名港西大桥的实测和陈政清等对洞庭湖大桥的实测。1984年，Hikami和Shiraishi在日本的Meiko-Nishi桥上首次观测到了风雨激振现象，最大振动幅值可达55cm，拉索长度从65m至200m不等，随后Hikami对该桥进行了为期5个

3、月的现场实测，发现风雨激振仅发生在一定风速范围内，拉索表面会形成水线并沿拉索环向震荡，发生风雨激振时，拉索振型一般为1~4阶，频率集中在1~3Hz。2001年—2004年，陈政清对岳阳洞庭湖大桥进行了风雨振观测研究，发现拉索的最大位移达0.7m，最大加速度达10g，通过观测结果，分析拉索的振动形态和风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律，认为拉索风雨振振动形态有驰振的特征，拉索的稳定大幅度振动总是由某一阶模态控制，其振动频率在3Hz以下。现场观测1996年，坐落于荷兰的Erasmus大桥发生的风雨激振现象，事后在桥面板和拉索之间架设PE绳索消除了这一振

4、动。随后，Persoon对该桥进行了长期观测。1997年，Main和Jones对美国德克萨斯州的FredHartman大桥进行为期一年多的现场检测，获得了近5000组记录数据，每一组数据都包含斜拉索的位移、加速度、风速和风向等。Zuo等对FredHartman大桥的风雨激振现象作了进一步研究，选取其中一根拉索进行长期观测，发现斜拉索在2~6节模态均发生了风雨激振现象，其中以2~4阶模态的斜拉索振幅最大。现场观测根据众多观测结果，得到拉索风雨激振现象的有如下特点：拉索进入大幅度振动后，其波形犹如甩鞭状，表现为低阶振型，拉索表面会形成振荡的水线；风雨激振只有

5、在一定的风速范围内才会发生，降雨是拉索发生大幅风雨激振的必要条件；风雨激振的振幅大小与拉索的表面材料、长度、风偏角和倾斜方向等参数有关。风洞试验—人工降雨Hikami在对MeikoNishi桥进行现场实测后，在风洞中通过人工降雨重现了这一现象，发现上水线是引起拉索风雨激振的主要原因，并提出风雨激振的两种可能机理，即单自由度驰振和弯扭耦合两自由度驰振机理。Matsumoto等在大、小两座风洞进行了一系列人工降雨实验，对影响拉索风雨激振的因素（拉索倾角、风偏角、拉索表面材料等）进行了研究。Cosentino等设计了能够测量拉索表面压力以及水线厚度和位置的人工

6、降雨实验装置，研究不同风速下水线的几何形态、运动规律与拉索振动之间的关系。风洞试验—人工降雨顾明等在国内首次通过人工降雨实验装置成功再现了风雨激振现象，研究了各种参数对拉索振动的影响并测量了拉索风雨激振发生时的气动阻尼，此外还对缠绕螺旋线的气动措施的有效性进行研究。除此之外，Flamand，Bosdogianni，李文勃、许林汕等也通过风洞试验系统研究各参数对拉索振动的影响，揭示风雨激振的产生机理。风洞试验—人工水线Yamaguchi在其实验装置中以圆柱体代替水线，建立八面形柱体节段模型，通过测力实验获得拉索平均三分力系数随风攻角的变化规律，并最早提出弯

7、扭耦合两自由度驰振模型。Matsumoto等通过对固定水线拉索模型的测振和测压实验，研究了上水线位置、风速、风攻角、紊流度等对拉索气动特性的影响，由此得出紊流度的增加对拉索的风雨激振有抑制作用，水线所处位置对拉索气动特性有很大的影响。黄麟通过带运动水线的节段拉索模型的测振实验研究了水线与拉索之间的耦合运动规律，分析了风速、阻尼比等参数对拉索振动的影响，比较固定水线与运动水线对拉索振动的影响，试验结果表明：在一定风速范围内当水线的平衡位置正好处于“不平衡区域”内时，斜拉索发生大幅度振动。风洞试验—人工水线杜晓庆建立了可方便调节拉索模型风向角和水线位置的带人

8、工雨线的三维拉索模型，通过转动试验段转盘改变风向角，通过拉索的轴向转动改变水线位