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斜拉桥的斜拉索在特定的风雨共同作用下会发生大幅度的振动，这种现象被称为风雨激振。风雨激振是各类型风致振动中振幅最大、危害最为严重的一种振动现象。斜拉索具有柔度大、阻尼小、重量轻的特点，极易满足风雨激振起振条件，风雨激振会降低斜拉索的使用寿命，带来严重的安全隐患。
目前为了抑制风雨激振现象，研究学者提出了空气动力学减振措施，但空气动力学措施的减振机理尚不明确，在工程应用上存在一定的盲目性，另外，关于这方面的研究局限于风洞试验，无法精确描述拉索表面水膜运动及风场变化的动力特征，而采用数值模拟方法恰恰可以弥补这一缺陷。基于此，本文将滑移理论、单自由度振动理论和CFD计算流体力学相结合，建立一个新的理论模型，可用于分析空气动力学减振措施的内在机理。主要研究内容包括：
首先，提出一个用于分析任意二维横断面外形的斜拉索的风雨激振减振理论模型，首次考虑拉索、水膜和风场的三相耦合效应，可用于研究各种二维空气动力学措施的内在减振机理，基于滑移理论和单自由度振动理论推导耦合的水膜运动方程和拉索振动方程，该理论模型假设拉索表面覆盖一圈连续水膜，可追踪不同时刻拉索表面水膜的几何特征。结合CFD计算流体力学，考虑水膜的形态变化对拉索周围风场特性的影响，计算拉索表面不同水膜形态下随时间变化的风压力系数和风摩擦力系数。采用有限差分法求解水膜运动方程，采用龙格库塔法求解拉索振动方程，在保证计算精度的同时，具有较高的计算效率。
第二，应用已建立的两自由度斜拉索的理论模型，分别研究了有无纵向肋条减振措施的斜拉索模型在只受重力、只受空气流动及在重力和气流共同作用下斜拉索振动时程响应、斜拉索表面的气动升力和阻力变化特性、水膜的时空演化全过程及频谱分析等变化规律，通过和风洞试验数据进行对比验证理论模型的准确性，并初步研究纵向肋条气动措施对风雨激振现象的抑振效果。
第三，考虑带有两根纵向肋条的斜拉索模型，系统地分析不同风速下拉索的振动响应、升力变化特征及拉索表面水膜的形态分布特征等。通过和不同风速下不带纵向肋条的斜拉索的振动、升力变化及水膜变化等计算结果进行对比，深入研究在风雨激振发生风速区间内外纵向肋条措施的减振机理和物理本质。
第四，以带有纵向肋条措施的斜拉索模型为研究对象，采用已建立的风雨激振减振理论模型，系统研究纵向肋条个数、纵向肋条高度、拉索倾角、风偏角等重要参数对风雨激振现象的影响效果，参照不带纵向肋条的斜拉索的各工况，详细对比斜拉索的振动特性、拉索周围的气动特性、水膜的几何特性和动力特性、拉索和水膜之间的相互作用力、拉索-风场-水膜的耦合变化规律等，探究最为不利的计算工况，为纵向肋条气动措施的工程应用提供理论依据。
最后，考虑顺流向双排缆索的干扰效应，建立可用于分析串列双索干扰效应的数值计算模型，选取小、中、大三个典型风速，分别对两个串列的不带纵向肋条的斜拉索模型和两个串列的带有纵向肋条的斜拉索模型进行对比研究，分析各工况下的拉索振动特性、升力变化、水膜形态变化全过程及频谱分析等，探究双排缆索的相互干扰引发的气动不稳定对风雨激振现象的影响。
本文采用新的二维风雨激振减振理论模型对以上内容进行了详细研究，深入分析纵向肋条气动措施的减振机理，并通过对各重要参数进行系统分析，为纵向肋条气动措施的工程应用提供科学依据。结果表明：纵向肋条措施通过改变拉索表面水膜的原有路径，阻碍上水线的形成和周期性振荡，从而影响气动升力的周期性变化，抑制拉索的大幅振动；在各个风速下，拉索上表面的两根纵向肋条并没有引发其他形式的不稳定振动，均可以起到很好的减振效果；斜拉索表面纵向肋条的高度设置过低、肋条个数过少时，反而会加剧斜拉索的不稳定振动；串列双排索中的下游索会加剧上游索的不稳定振动。
目前为了抑制风雨激振现象，研究学者提出了空气动力学减振措施，但空气动力学措施的减振机理尚不明确，在工程应用上存在一定的盲目性，另外，关于这方面的研究局限于风洞试验，无法精确描述拉索表面水膜运动及风场变化的动力特征，而采用数值模拟方法恰恰可以弥补这一缺陷。基于此，本文将滑移理论、单自由度振动理论和CFD计算流体力学相结合，建立一个新的理论模型，可用于分析空气动力学减振措施的内在机理。主要研究内容包括：
首先，提出一个用于分析任意二维横断面外形的斜拉索的风雨激振减振理论模型，首次考虑拉索、水膜和风场的三相耦合效应，可用于研究各种二维空气动力学措施的内在减振机理，基于滑移理论和单自由度振动理论推导耦合的水膜运动方程和拉索振动方程，该理论模型假设拉索表面覆盖一圈连续水膜，可追踪不同时刻拉索表面水膜的几何特征。结合CFD计算流体力学，考虑水膜的形态变化对拉索周围风场特性的影响，计算拉索表面不同水膜形态下随时间变化的风压力系数和风摩擦力系数。采用有限差分法求解水膜运动方程，采用龙格库塔法求解拉索振动方程，在保证计算精度的同时，具有较高的计算效率。
第二，应用已建立的两自由度斜拉索的理论模型，分别研究了有无纵向肋条减振措施的斜拉索模型在只受重力、只受空气流动及在重力和气流共同作用下斜拉索振动时程响应、斜拉索表面的气动升力和阻力变化特性、水膜的时空演化全过程及频谱分析等变化规律，通过和风洞试验数据进行对比验证理论模型的准确性，并初步研究纵向肋条气动措施对风雨激振现象的抑振效果。
第三，考虑带有两根纵向肋条的斜拉索模型，系统地分析不同风速下拉索的振动响应、升力变化特征及拉索表面水膜的形态分布特征等。通过和不同风速下不带纵向肋条的斜拉索的振动、升力变化及水膜变化等计算结果进行对比，深入研究在风雨激振发生风速区间内外纵向肋条措施的减振机理和物理本质。
第四，以带有纵向肋条措施的斜拉索模型为研究对象，采用已建立的风雨激振减振理论模型，系统研究纵向肋条个数、纵向肋条高度、拉索倾角、风偏角等重要参数对风雨激振现象的影响效果，参照不带纵向肋条的斜拉索的各工况，详细对比斜拉索的振动特性、拉索周围的气动特性、水膜的几何特性和动力特性、拉索和水膜之间的相互作用力、拉索-风场-水膜的耦合变化规律等，探究最为不利的计算工况，为纵向肋条气动措施的工程应用提供理论依据。
最后，考虑顺流向双排缆索的干扰效应，建立可用于分析串列双索干扰效应的数值计算模型，选取小、中、大三个典型风速，分别对两个串列的不带纵向肋条的斜拉索模型和两个串列的带有纵向肋条的斜拉索模型进行对比研究，分析各工况下的拉索振动特性、升力变化、水膜形态变化全过程及频谱分析等，探究双排缆索的相互干扰引发的气动不稳定对风雨激振现象的影响。
本文采用新的二维风雨激振减振理论模型对以上内容进行了详细研究，深入分析纵向肋条气动措施的减振机理，并通过对各重要参数进行系统分析，为纵向肋条气动措施的工程应用提供科学依据。结果表明：纵向肋条措施通过改变拉索表面水膜的原有路径，阻碍上水线的形成和周期性振荡，从而影响气动升力的周期性变化，抑制拉索的大幅振动；在各个风速下，拉索上表面的两根纵向肋条并没有引发其他形式的不稳定振动，均可以起到很好的减振效果；斜拉索表面纵向肋条的高度设置过低、肋条个数过少时，反而会加剧斜拉索的不稳定振动；串列双排索中的下游索会加剧上游索的不稳定振动。