论文部分内容阅读
近十年来,我国大跨度钢拱桥建设发展很快,H型吊杆由于制造与施工方便等因素,被大量用于拱式桥梁建设中。但是H型吊杆由于具有大长细比、断面较钝、阻尼较小等特点,往往气动稳定性极差,极易在风作用下发生涡激共振和驰振,使构件产生疲劳损伤甚至短时间内破坏,影响桥梁使用寿命甚至危及整体桥梁的安全。本文针对桥梁中常见的H型吊杆结构进行了以下研究:(1)为了研究结构阻尼比变化对H型吊杆横风向驰振和涡激共振的影响,基于电磁感应原理设计了一种新型的阻尼器,便于连续地调整H型吊杆的结构阻尼比,而不引入附加刚度和非线性效应,研究发现:增大阻尼比能够有效抑制硬驰振,但对于软驰振在一定范围内增大阻尼比影响很小,只有阻尼比增大到一定程度才能有效抑制软驰振;涡振振幅随阻尼比的增大呈指数型减小。(2)为了研究结构无量纲质量对H型吊杆横风向驰振和涡激共振的影响,本文进行了五组不同质量比工况的风洞测振试验,研究发现:在一定范围内增大质量比,对驰振影响不大或使得驰振风速位移曲线向更高约化风速平移,只有质量比增大到一定程度才能有效抑制驰振;增加质量比能够减小涡振振幅但也会使涡振锁定风速区间向更低约化风速平移。不同阻尼比和质量比组成的相近Scruton数下H型吊杆的驰振和涡振响应并不相同,因此在一定范围内不宜仅用一个Scruton数整体描述H型吊杆的质量阻尼。(3)通过被动格栅在风洞中模拟了不同紊流强度、紊流积分尺度的紊流风场,并进行了H型吊杆的风洞测振试验,研究发现:紊流强度随试验风速的增大呈指数型减小,紊流积分尺度随试验风速的增大则呈幂函数型增大;紊流风场会抑制驰振振幅,增大涡振振幅甚至激发均匀流中不会出现的涡振。(4)通过测量H型吊杆的静力三分力系数,根据驰振准定常理论计算驰振力系数和驰振临界风速,研究发现:在小阻尼比工况均匀流场中驰振力系数为负的攻角均发生了驰振但有些驰振力系数为正的攻角也发生了驰振这是偏危险的;在阻尼比超过0.3%时,计算驰振临界风速与试验值相比也是偏危险的,所以驰振准定常理论并不完全适用于H型断面。(5)通过对H型吊杆进行静止绕流与驰振和涡振状态测压试验,计算了各测点平均风压系数和脉动风压系数,并对数据进行积分处理和FFT变换,得到了模型的气动升力时程及其频谱图,从更微观的气动力角度解释了模型出现风振的原因。