斜拉索表面水线多相复杂摆动对索气动稳定性的影响

风雨环境中斜拉索表面形成的水线及其周向摆动在索的风雨振中起着关键的作用。实桥的斜拉索表面形成的水线位置沿索轴向有可能不均一,各部分水线的摆动可能存在位相差。该文通过振动分析得到水线摆动对索振动阻尼贡献的关系式,利用风洞试验测试了索的气动力并算得颤振导数,按水线位置分布均一和不均一,将水线分别简化为一段直线模型和两段位置不同的直线模型,分析了均一水线摆动和不同位相差的两段直线形水线摆动对索振动的影响,结果表明:单一水线摆动是否促使索变得气动不稳定,取决于水线摆动与索振动之间的位相差;不均一水线摆动时,两水线的位相差越小,摆动的效果越明显,位相差越接近180°,两水线摆动效果越趋向于相互抵消,此时水线的作用主要由水线摆动范围的中心位置决定。

斜拉索表面水膜形态及斜拉索气动力变化规律

斜拉索表面水线的形成与振荡是斜拉索发生风雨激振的重要原因之一.为研究水线运动与风雨激振现象间的内在联系,本文将滑移理论与计算流体力学相结合,考虑斜拉索表面水膜形态对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立了一个模拟风雨条件下斜拉索表面水膜形态变化的理论模型;在此模型基础上推导出风雨作用下斜拉索气动力计算公式,通过数值模拟得到不同风速下的斜拉索表面水膜形态及气动力变化规律,分析二者间的内在联系.与已有的试验结果对比发现:当斜拉索发生风雨激振现象时,水线形态变化与气动力变化频率相同,且接近拉索的自振频率,说明风雨激振现象的产生原因是水线形态的周期性变化引起拉索的共振.

斜拉桥斜拉索风雨振时索表面水线摆动作用及规律的试验研究

斜拉索表面水线的周向摆动被认为是激发索发生风雨振的重要因素。有水线的索的气动力可以认为是索本身的气动力和水线摆动产生的气动力的组合。在风洞中,通过竖向强制振动试验,测试索的气动力并算得气动导数H1*和H4*。为了模拟水线的摆动,对贴有水线的索施行两端同向强制扭转振动试验,测试振动中的气动力。通过分析水线的摆动对索竖向振动阻尼的贡献,表明水线的摆动既能促使索变得气动不稳定,也可以促使索变得气动稳定,这主要取决于水线摆动与索振动之间的位相差。同时,通过在风洞中模拟人工降雨并对水线进行跟踪观测,发现水线沿索轴向分布及摆动不均一,指出掌握风雨振时水线的各个参数对分析和理解该振动具有重要意义。

不同风速下拉索表面水线的形成

本文将气液两相流理论与VOF法相结合,提出一种模拟风雨条件下斜拉索表面水线产生过程的新方法;采用计算流体软件CFX进行数值模拟,通过分析重力及气流单独作用下的水线形态,并与前人的研究成果进行比对,验证了这一方法的准确性与合理性;通过研究不同风速条件下受重力和气流共同作用时的水线初始形成时间、位置和形态,分析重力和气流作用对水线形成的影响,为人工水线风洞试验和理论分析提供依据.

VOF法在斜拉索风雨激振数值模拟中的应用

将气液两相流理论与体积分数法(VOF法)相结合,提出一种模拟发生风雨激振现象时斜拉索表面水线形成和运动的新方法;应用这一方法采用计算流体软件CFX进行数值模拟得到拉索表面水线运动规律和拉索气动力;将气动升力施加到拉索上得到拉索的振动响应;通过与风洞试验结果及混合子结构方法的计算结果进行比对,验证了这一方法的准确性与合理性;通过分析水线运动、拉索气动力变化与拉索振动间的内在联系,揭示风雨激振现象的产生机理:上水线的环向周期性振荡导致拉索升力的周期性变化,引起拉索发生大幅度振动,上水线与拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因。

雷诺数效应对斜拉索风致振动的影响

为了从雷诺数效应的角度分析斜拉索发生大幅振动的机理,利用不同粗糙度表面无人工水线的斜拉索模型和光滑表面贴有人工水线的斜拉索模型,进行了测力和测振风洞试验,得到了斜拉索模型气动力系数、驰振表达式的数值和气动稳定性的结果。通过分析相关的关系表明:在临界雷诺数区域,力系数及流场的变化特性可能导致斜拉索发生大幅振动,这可能是干索驰振的机理;斜拉索表面粗糙度能改变雷诺数效应的强弱和临界雷诺数的区域;水线的存在能改变雷诺数效应,一些水线位置在特定的雷诺数范围内,由于力系数的特殊变化规律导致dCF/dα为负,斜拉索发生符合驰振判据的振动;在高雷诺数区域,振动还可能与力系数急剧下降和流场的不稳定有关。

正六边形斜拉索风雨激振抑振机理及减振效果分析

依据滑移理论,借助钝体绕流模型,使用COMSOL软件建立正六边形拉索截面模型并计算得到随时间变化的风压力系数和风摩擦力系数.代入MATLAB软件进行数值求解,得到拉索在风雨激振作用下的振动响应、气动升力、水膜形态变化和上水线振荡区间内水膜厚度时程变化.从这四个方面来探究正六边形拉索风雨激振的抑振机理和减振效果.结果显示:在同等风洞试验参数条件下,正六边形拉索相比圆形拉索,振动幅度大为降低,具有良好的减振效果和潜在工程应用价值.正六边形拉索波浪起伏的表面抑制了上水线的周期性环向振荡,减弱了拉索表面气动力变化的周期性,从而有效抑制了拉索的风雨激振现象.

水线-雷诺数效应-斜拉索振动关系的试验研究

通过对不同位置粘贴有水线的斜拉索模型进行测力和测振风洞试验,分析了不同雷诺数下的阻力系数、升力系数和振幅等参数,研究了水线影响雷诺数效应及通过影响雷诺数效应导致振动的机理,研究结果表明:水线能影响力系数随雷诺数的变化规律,力系数的大小和变化规律与振动有着十分密切的关系;在较低的水线位置,随着雷诺数的上升,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅增大,发生类似临界雷诺数的效应,力系数随水线位置的变化规律导致驰振系数为负,在这种情况下发生大幅振动,用临界雷诺数效应和驰振均可解释;在较高的雷诺数下,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅变化,每个水线位置都发生了不同程度的振动,该振动的机理可能与临界雷诺数效应导致的振动机理类似。