边主梁断面斜拉桥涡振响应及抑振措施

作     者：张天翼 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李明水

授予年度：2018年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：边主梁 节段模型风洞试验 制振措施 涡振响应 实桥涡振换算 

摘      要：随着桥梁跨度的不断增加,使得桥梁向着轻、柔的方向发展,这使得大跨度桥梁的抗风问题越来越突出。边主梁断面是目前斜拉桥设计中广泛应用的一种主梁形式,大量研究表明其钝体断面特性容易引起主梁的涡激振动。涡激振动是由钝体周边旋涡周期性脱落引起,是一种限幅振动,不会对桥梁造成直接破坏,但将引起桥梁的舒适性问题和疲劳破坏,对桥梁的使用性能和安全性造成较大的影响。因此对边主梁断面斜拉桥涡激振动响应和制振措施研究具有重要意义和工程价值。由于涡激振动属于复杂的流固耦合问题,尚未有成熟的理论获得其响应的解析解。现多采用风洞试验对桥梁的涡激振动进行研究,全桥气弹模型试验周期长、费用高,容易受到雷诺数效应的影响,所以工程中通常采用节段模型风洞试验对结构的涡激振动进行研究。本文以主跨为486m的某长江大桥为工程背景,通过一系列的风洞试验对边主梁断面斜拉桥节段模型的涡振起振风速、锁定风速区间和涡振响应进行了研究;通过改善主梁断面的气动外形,研究了外侧人行道栏杆、水平隔流板、中央稳定板、裙板、纵梁下部导流板和风嘴对边主梁断面涡激振动的影响;利用现有理论,将节段模型涡振响应换算为全桥涡振响应;最后以某长江大桥为例按各国规范中涡激振动的规定进行了计算和对比。研究结果表明:边主梁断面的钝体特性,使其容易在低风速下发生较大幅值涡激振动,在桥梁设计中应予以重视;竖向裙板对边主梁断面涡激振动有显著的制振作用,竖直裙板和主纵梁间可形成一个回流区,减弱气流在分离时形成的旋涡,从而减弱涡激振动对桥梁的影响;是否考虑涡激力跨向相关性对实桥涡振响应有显著影响;各国桥梁设计规范中对竖向涡激振动幅值的规定较为接近,但对于扭转涡激振动幅值差异较大。