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斜拉桥跨度不断增大,拉索的长度不断增长。由于拉索的阻尼小,极易产生各种风致振
动,其中风雨激振最为严重。本文主要通过数值模拟和理论分析来研究斜拉索风雨激振的机
理,以及阻尼器对于拉索风雨激振的控制效果。
第一章为绪论。
第二章采用CFX5.5软件平台研究了二维圆柱和三维圆柱绕流、粘贴固定人工水线的二
维拉索和三维拉索绕流。得到了二维圆柱和三维圆柱绕流的流线图、表面压力系数、阻力系
数和升力系数;以及带固定人工水线二维拉索和三维拉索绕流的流线图、表面压力系数、拉
索和水线的气动力。研究了拉索的空间姿态和水线的存在对于拉索周围流场的影响。其中拉
索和水线的气动力将在本文的理论分析中得到应用。
第三章至第五章依次建立了三种斜拉索风雨激振理论分析模型。第三章首先假定水线的
运动规律,建立了风雨激振准运动水线三维连续弹性拉索理论模型。该模型的拉索为两端不
在同一水平的有垂度的三维连续拉索,能够考虑拉索不同模态在风雨激振下的参与程度以及
平均风速剖面对风雨激振的影响。
为反映拉索运动和水线运动之间的相互耦合作用,第四章建立了风雨激振运动水线三维
刚性节段拉索理论模型。运动水线三维刚性节段拉索模型同时建立拉索和水线的运动微分方
程,与以往文献不同的是,将水线和拉索表面之间的作用力采用库仑阻尼力和线性阻尼力来
模拟。得到了不同风速下拉索和水线的响应,比较了运动水线模型和准运动水线模型、风雨
激振和经典驰振的区别,给出了拉索发生风雨激振机理的解释。
第五章建立了风雨激振运动水线三维连续弹性拉索理论模型,综合了准运动水线三维连
续弹性拉索模型和运动水线三维刚性节段拉索模型两者的优点。研究了不同风速下拉索的响
应、水线在拉索长度方向上的形成位置、各个拉索截面上水线的运动情况等,提出了三维连
续拉索模型发生风雨激振的条件。
第六章进行了阻尼器对于拉索风雨激振的控制效果研究。首先研究了有限差分法中处理
由于阻尼器产生的狄拉克函数的方法,然后进行了带阻尼器拉索的自由振动分析,阻尼器为
“人”字形对称布置。最后,考虑拉索的垂度,采用运动水线模型和准运动水线模型,研究
了拉索在安装阻尼器的情况下的响应,得到了对两种水线模型进行有效控制所需要的阻尼比
大小,研究了阻尼器空间姿态和拉索垂度对于控制效果的影响。
第七章为结论。
关键词:斜拉桥;拉索;风雨激振;机理;数值模拟;理论分析;阻尼器;控制效果