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悬索桥多索股吊索由于索股之间存在较强的气动干扰,容易发生尾流致振。对西侯门大桥吊杆进行的现场实测结果表明,背风索的振动幅度明显大于迎风索,且运动轨迹接近椭圆,与尾流致振的主要特征相吻合。研究人员进行了相应的测力、测振风洞试验和理论分析,研究了吊杆索股间气动干扰机理。但已有研究主要针对双索股吊索,与西堠门大桥的四索股吊索有差异;另外,试验风速为单一风速。为此,本文以西堠门大桥2号吊杆为工程背景,对四索股吊索尾流致振特性及雷诺数效应进行研究,主要工作内容和成果如下:
(1)采用天平测力风洞试验方法,研究了雷诺数对光滑双索股吊索的尾流索股气动力的影响规律。试验选取了3个典型风速,测量了每个风速下尾流索股气动力随索股间距的变化规律;在此基础上,选取气动力随相对间距变化比较剧烈的几个典型位置,在亚临界雷诺数区域内研究了雷诺数对尾流索股气动力的影响规律。研究结果表明:尾流索股平均升力系数的二维等高线图存在两个峰,分别为靠近尾流中心线的“内升峰”和稍远离尾流中心线的“外升峰”,两个峰在X=3.5~3.75范围内的某处交接,具体位置受雷诺数的影响;平均升力系数的大小与涡脱频率并无直接关系,但当平均升力系数达到1.0以上时,升力系数功率谱曲线观察不到峰值。
(2)采用天平测力风洞试验方法,研究了平行钢丝和钢丝绳四索股吊索的尾流索股气动力特性差异。保证上游三根索股的相对位置固定不变,调整尾流索股的位置,测量其在不同空间位置处的气动力特性;改变不同的风攻角,重复进行上述测试,研究了尾流索股气动力性能随风攻角的变化规律。研究结果表明:平行钢丝吊索的平均气动力系数对空间坐标更加敏感;风攻角对四索股吊索平均气动力系数的空间分布规律有较大的影响,特别是光滑表面的平行钢丝吊索。
(3)采用气弹模型测振风洞试验方法,测得了平行钢丝和钢丝绳四索股吊索的尾流致振响应特征。研究了雷诺数、风攻角对尾流索股振动特性的影响规律,研究了尾流索股发生大幅振动时的运动特性,探究了结构阻尼比对四索股吊索尾流致振的影响。研究结果表明:在西堠门2号吊索的结构参数下,两类四索股吊索发生尾流致振的最不利风攻角均在70°左右,但平行钢丝吊索的起振风攻角范围更宽;在70°风攻角下,两类吊索尾流致振的稳定振动轨迹均为顺时针椭圆形,但平行钢丝吊索发生尾流致振时的气动负刚度效应更明显;当结构阻尼比增大到0.67%时,可对钢丝绳吊索尾流致振起到很好的控制效果。
(1)采用天平测力风洞试验方法,研究了雷诺数对光滑双索股吊索的尾流索股气动力的影响规律。试验选取了3个典型风速,测量了每个风速下尾流索股气动力随索股间距的变化规律;在此基础上,选取气动力随相对间距变化比较剧烈的几个典型位置,在亚临界雷诺数区域内研究了雷诺数对尾流索股气动力的影响规律。研究结果表明:尾流索股平均升力系数的二维等高线图存在两个峰,分别为靠近尾流中心线的“内升峰”和稍远离尾流中心线的“外升峰”,两个峰在X=3.5~3.75范围内的某处交接,具体位置受雷诺数的影响;平均升力系数的大小与涡脱频率并无直接关系,但当平均升力系数达到1.0以上时,升力系数功率谱曲线观察不到峰值。
(2)采用天平测力风洞试验方法,研究了平行钢丝和钢丝绳四索股吊索的尾流索股气动力特性差异。保证上游三根索股的相对位置固定不变,调整尾流索股的位置,测量其在不同空间位置处的气动力特性;改变不同的风攻角,重复进行上述测试,研究了尾流索股气动力性能随风攻角的变化规律。研究结果表明:平行钢丝吊索的平均气动力系数对空间坐标更加敏感;风攻角对四索股吊索平均气动力系数的空间分布规律有较大的影响,特别是光滑表面的平行钢丝吊索。
(3)采用气弹模型测振风洞试验方法,测得了平行钢丝和钢丝绳四索股吊索的尾流致振响应特征。研究了雷诺数、风攻角对尾流索股振动特性的影响规律,研究了尾流索股发生大幅振动时的运动特性,探究了结构阻尼比对四索股吊索尾流致振的影响。研究结果表明:在西堠门2号吊索的结构参数下,两类四索股吊索发生尾流致振的最不利风攻角均在70°左右,但平行钢丝吊索的起振风攻角范围更宽;在70°风攻角下,两类吊索尾流致振的稳定振动轨迹均为顺时针椭圆形,但平行钢丝吊索发生尾流致振时的气动负刚度效应更明显;当结构阻尼比增大到0.67%时,可对钢丝绳吊索尾流致振起到很好的控制效果。