大跨度斜拉桥涡激振动现场实测与风洞试验研究

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大跨度斜拉桥的建造近些年越来越普遍,但是由于斜拉桥阻尼较低,在风荷载作用下,斜拉桥的拉索与主梁都容易产生风致涡激振动,影响斜拉桥的正常使用。本文通过对某大跨度斜拉桥的风洞节段模型试验,对主梁的涡激振动性能进行了研究;通过对某长江大桥的健康监测,对桥址处的风特性及拉索涡激振动相关性进行了研究;通过拉索的正弦激励与环境激励振动数据,应用改进的经验模态分解方法对拉索的模态参数进行了识别。本文主要工作如下:(1)对桥梁全桥进行了动力特性分析,基于动力特性结果设计桥梁节段模型试验。对桥梁主梁的涡激振动稳定性进行了试验研究,并对不同阻尼比与不同气动外形下节段模型的涡激振动稳定性进行了风洞试验,发现增大阻尼比能有效降低竖弯加速度幅值并增大起振风速,内移检修车轨道、设置上中央稳定板、竖向裙板等措施能有效减小截面的竖向涡激振动,内移检修车轨道,设置上中央稳定板、45°斜腹板等措施能有效减小截面的扭转涡激振动。(2)推导了斜拉索的动力学方程,计算得到了拉索的频率。应用改进的经验模态分解方法(FM-CEEMD)对斜拉索正弦激励与环境激励的振动数据进行了模态识别,得到了模态阻尼比,发现安装阻尼器后拉索的第2、3阶模态阻尼比分别从0.87%、0.53%增加到了1.4%、1.2%,低阶模态阻尼比有明显的增加,并且拉索的模态阻尼比与振幅有较大的相关性。(3)基于拉索监测数据,研究了拉索的涡激振动特性。拉索涡激振动仅在一定范围的风速区间内发生,在特定的风向角范围内且湍流度较小时拉索才会发生大幅度的涡激振动,拉索在安装阻尼器后其面内及面外加速度均得到了有效的控制。拉索发生的为高阶多模态涡激振动,随着涡激振动的发展,主导频率附近的小幅度振动减小,最后只剩下主导频率,拉索在此频率下发生涡激振动。
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