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带肋斜拉索涡激振动和气动力特性的试验研究

工程力学 2024年第S01期41卷 136-141页

作者：韩鹏常幸邵林媛孙一飞褚泽楷刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

为研究肋条安装方式(通长安装与间断交错安装)对斜拉索涡激振动和气动力特性的影响规律,进行了斜拉索节段模型的风洞试验。结果表明:只要安装肋条,就能够在一定程度上抑制斜拉索的涡激振动,在试验参数范围内,斜拉索涡激振动幅值最少可... 详细信息

为研究肋条安装方式(通长安装与间断交错安装)对斜拉索涡激振动和气动力特性的影响规律,进行了斜拉索节段模型的风洞试验。结果表明:只要安装肋条,就能够在一定程度上抑制斜拉索的涡激振动,在试验参数范围内,斜拉索涡激振动幅值最少可以降低46.16%;当肋条为通长安装时,会明显降低斜拉索涡激振动,但是会造成起振风速的增大或振动区间的延长;当肋条为间断交错安装时,整体抑振效果均好于通长安装情况,风攻角为15°时,肋条斜拉索的抑振效果达到了96.30%,可以用于特定来流风的环境当中;当肋条为间断交错安装时,斜拉索模型的平均阻力系数稳定在1.0~1.3,平均升力系数稳定在-0.07~0.14,具有一定的减阻效果;当风攻角α=15°和30°时,整体脉动气动力系数无明显雷诺数效应,脉动阻力系数稳定在0.025附近,脉动升力系数稳定在0附近,说明安装间断交错肋条后斜拉索具有更好的气动力效应。

关键词：斜拉索肋条风洞试验涡激振动气动力特性

表面缠绕螺旋线的斜拉索涡激振动和气动特性研究

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表面缠绕螺旋线的斜拉索涡激振动和气动特性研究

作者：邵林媛石家庄铁道大学

学位级别：硕士

斜拉桥的斜拉索具有长细比大、阻尼低及刚度小的特点,因而经常发生风致振动,尤其是风雨振问题,一直是长期的研究热点。风雨振是目前已知的所有斜拉索振动中最强烈的一种,振幅最大,极具危害性。为了抑制风雨振,在斜拉索表面缠绕螺旋线是... 详细信息

斜拉桥的斜拉索具有长细比大、阻尼低及刚度小的特点,因而经常发生风致振动,尤其是风雨振问题,一直是长期的研究热点。风雨振是目前已知的所有斜拉索振动中最强烈的一种,振幅最大,极具危害性。为了抑制风雨振,在斜拉索表面缠绕螺旋线是常用且有效的气动措施。最近,斜拉索的涡激共振问题越发引起重视,这是常遇风速下发生的带有自激性质的限幅振动,虽然振幅小,但发生频次高,会增大锚固区应力,极易引起结构发生疲劳破坏,而缠绕螺旋线后对涡激振动性能的影响以及斜拉索的气动力变化,成为研究和设计所关注的问题。为研究不同参数的螺旋线对斜拉索涡振特性和气动力的影响规律,进行了针对表面无螺旋线斜拉索和缠绕不同参数螺旋线斜拉索的节段模型风洞测振、测压和测力试验,螺旋线参数包括根数、直径和缠绕间距,从涡激振动特性、气动力特性和风压分布特性方面对螺旋线的减阻抑振效果进行机理解释。研究的主要结论如下:(1)斜拉索表面缠绕一根螺旋线的涡振振幅远大于两根或三根螺旋线,在亚临界区,缠绕两根螺旋线的斜拉索平均阻力系数整体比三根螺旋线小。增加螺旋线根数会使得分离点的位置逐渐向背风侧移动,平均风压系数和脉动风压系数出现不对称的结果,背风侧基压系数的展向相关性明显降低,展向流动状态表现出三维流动特征。(2)缠绕较小直径d≤10 mm螺旋线的斜拉索涡振现象明显,而较大直径d＞10 mm螺旋线可显著降低斜拉索涡振响应幅值,其脉动升力系数相较于无螺旋线斜拉索大幅降低,证明缠绕大直径螺旋线对涡振响应控制的有效性。随螺旋线直径的增加,斜拉索整体平均风压系数逐渐增加,脉动风压系数逐渐减小。(3)螺旋线的缠绕间距对斜拉索涡激振动的影响与螺旋线直径有关,当螺旋线直径较小d≤10 mm时,缠绕间距对涡振的影响并不明显,而当螺旋线直径较大d＞10 mm时,间距的大小直接影响涡振的抑制效果。

关键词：斜拉索涡激振动螺旋线风洞试验风压分布气动力系数

纵向肋条对斜拉索气动力和涡激振动特性影响的试验研究

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振动与冲击 2023年第16期42卷 47-55,65页

作者：常幸孙一飞邵林媛刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

斜拉索的风雨振和涡激振动是广受关注的风致振动问题,为了抑制风雨振,在斜拉索表面设置纵向肋条,是常用的气动措施之一。纵向肋条的参数对涡激振动性能的影响,以及对斜拉索气动力的影响,是值得研究的问题。通过风洞试验,在斜拉索表面布... 详细信息

斜拉索的风雨振和涡激振动是广受关注的风致振动问题,为了抑制风雨振,在斜拉索表面设置纵向肋条,是常用的气动措施之一。纵向肋条的参数对涡激振动性能的影响,以及对斜拉索气动力的影响,是值得研究的问题。通过风洞试验,在斜拉索表面布置了宽度和高度均为5 mm的长方体肋条,研究了2根肋条在不同位置α下,斜拉索的气动力及涡激振动的变化规律。结果表明:对于气动力,当布置的肋条位置α≥25°时,雷诺数对斜拉索的风压分布基本没有影响;当布置的肋条夹角α≤30°时,有肋条斜拉索的平均阻力系数均小于无肋条斜拉索;当布置的肋条位置α≥35°时,斜拉索的平均阻力系数和平均升力系数不随雷诺数发生变化,而当肋条位置α=60°时,斜拉索的平均阻力系数达到最大值,约为1.7。对于涡激振动,在肋条位置α=55°的工况下,斜拉索的涡激振动被完全抑制,可以运用在实际工程以抑制斜拉索及相关细长柱体结构的涡激振动;但当位置为60°时,斜拉索的涡激振动振幅虽然比无肋条状态有所减小,但涡振的风速锁定区间会被放大,在实际工程中应充分考虑这一现象。

关键词：斜拉索纵向肋条风洞试验气动力特性涡激振动

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桥面栏杆对流线型主梁气动力影响的试验研究

工程力学 2023年第S01期40卷 241-247页

作者：王仰雪孙一飞李震邵林媛刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心河北石家庄050043

针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况,以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景,通过风洞测压试验方法,研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况,同时也分析了桥面临空... 详细信息

针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况,以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景,通过风洞测压试验方法,研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况,同时也分析了桥面临空侧栏杆高度变化对主梁三分力系数的影响规律。研究结果表明:施工态的主梁平均升力系数与平均力矩系数会随着风攻角的增大而增大;成桥态的主梁三分力系数在涡振区间内(Re=2.92×10^(4)~4.05×10^(4))变化较为复杂;随着雷诺数的增大,平均升力系数和平均力矩系数基本上呈现出栏杆高度越大其系数越大的趋势。

关键词：流线型主梁风洞试验涡激振动雷诺数栏杆气动力

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流线型箱梁涡激振动的气动力演化规律

工程力学 2023年第S01期40卷 108-112页

作者：韩原李震王仰雪邵林媛靖洪淼刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北省风工程和能源利用工程技术创新中心河北石家庄050043

涡激振动是大跨度流线型箱梁桥在低风速下常见的风致振动形式,对桥梁结构的疲劳寿命和行车舒适性有较大影响。为揭示流线型箱梁涡激振动机理,有必要研究其涡激振动的气动力演化规律。以某流线型箱梁桥为对象,通过同步测振测压的风洞试... 详细信息

涡激振动是大跨度流线型箱梁桥在低风速下常见的风致振动形式,对桥梁结构的疲劳寿命和行车舒适性有较大影响。为揭示流线型箱梁涡激振动机理,有必要研究其涡激振动的气动力演化规律。以某流线型箱梁桥为对象,通过同步测振测压的风洞试验方法,获得了+5°风攻角下主梁模型的涡激振动响应及表面测点风压时程,对比分析了涡激振动前、涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点、涡激振动振幅下降区和涡激振动后五个不同阶段模型表面的平均风压系数、脉动风压系数和涡激力的变化规律。结果表明:在涡激振动的不同阶段,流线型箱梁表面平均风压系数变化不大,而脉动风压系数分布具有明显的演化过程。涡激力在涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点及涡激振动振幅下降区有明显的卓越频率,且与结构自振频率相近,涡激振动前和涡激振动后无明显卓越频率。涡激力卓越频率对应的振幅与涡激振动位移振幅正相关,两者同在涡激振动振幅极值点处达到最大。

关键词：流线型箱梁风洞试验涡激振动气动力演化规律

O型套环对圆柱结构气动力和干索驰振影响的试验

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中国公路学报 2023年第6期36卷 82-93页

作者：孙一飞刘庆宽常幸邵林媛王仰雪石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心河北石家庄050043

圆柱类结构在土木工程领域应用十分广泛,其风荷载和风致振动一直是研究和设计十分关注的问题。根据圆柱结构风致振动的机理,提出了O型套环这种被动式的三维气动措施,并对其减阻抑振效果进行了全面研究。通过风洞内的天平测力和干索驰振... 详细信息

圆柱类结构在土木工程领域应用十分广泛,其风荷载和风致振动一直是研究和设计十分关注的问题。根据圆柱结构风致振动的机理,提出了O型套环这种被动式的三维气动措施,并对其减阻抑振效果进行了全面研究。通过风洞内的天平测力和干索驰振试验,研究了O型套环的几何参数(间距、宽度和厚度)对气动力和干索驰振的影响规律,并对减阻抑振机理进行了分析。研究结果表明:同标准圆柱类似,套环圆柱的平均阻力系数和雷诺数密切相关;当雷诺数小于3.0×10^(5)时,套环圆柱的平均阻力系数小于标准圆柱的结果,最大减阻率为29.5%;当雷诺数大于3.0×10^(5)时,套环圆柱的平均阻力系数大于标准圆柱的结果,最大增阻率为36.4%;标准圆柱和套环圆柱均会在高风速区间发生干索驰振,套环间距越小、宽度越大、厚度越小,对干索驰振的抑制效果越好;在亚临界区,套环圆柱可以减小阻力,原因是圆柱安装套环后,尾流宽度变窄,旋涡形成区变长,流场呈现三维特征;在临界区,套环圆柱会增大阻力,一定程度上可将套环视为对流场的扰动,加剧层流向湍流的转捩;套环圆柱对干索驰振的抑制和加剧与套环圆柱在临界区增阻的机理相似。

关键词：桥梁工程减阻抑振风洞试验圆柱 O型套环

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斜拉索气动特性的雷诺数效应试验研究

工程力学 2023年第S01期40卷 120-125页

作者：邵林媛孙一飞常幸韩鹏王仰雪刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数... 详细信息

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明:表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现,平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近,而平均升力系数为0,临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小,对应地,平均升力系数从0增加到最大值又降低到0;对于脉动气动力系数,处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力,意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向;平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称−不对称−对称的变化过程,体现了层流分离−单侧湍流分离−双侧湍流分离的变化规律,是平均升力系数变化趋势的定性响应,而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。

关键词：斜拉索风洞试验雷诺数气动特性风压分布

用于抑制涡激振动的低气动阻力斜拉索纵向肋条参数的试验研究

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工程力学 2023年

作者：刘庆宽常幸韩鹏邵林媛褚泽楷孙一飞石家庄铁道大学土木工程学院石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省风工程和风能利用工程技术创新中心

设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一，可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现，除了风雨振外，斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象，容易引起结构的疲劳破坏，而用于抑制风雨振的纵向肋条是... 详细信息

设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一，可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现，除了风雨振外，斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象，容易引起结构的疲劳破坏，而用于抑制风雨振的纵向肋条是否能抑制涡激振动、附加纵向肋条斜拉索的气动力特性如何变化，是抗风设计中十分关注的问题。通过风洞试验，研究了设置2根、3根、4根、6根、8根和12根肋条的斜拉索在不同风攻角(风的方向与模型水平方向的夹角)下气动力和涡激振动特性的变化，结果表明：对于环向平均风压分布，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，环向平均风压系数不对称分布状态对应的雷诺数减小，在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对环向平均风压分布基本没有影响。对于平均阻力系数，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，率先出现平均阻力系数随雷诺数的增大而减小的现象；在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对平均阻力系数基本没有影响。对于涡激振动，与无肋条索相比，2根肋条和3根肋条的斜拉索，肋条均可减小最大振幅，4根、6根、和8根肋条的斜拉索，最大振幅的改变并不明显，12根肋条的斜拉索在15°风攻角下抑制效果最好，减小了约35%。因此在实际工程应用时，应从抑振效果和气动力两个方面进行综合考虑。

关键词：风洞试验纵向肋条涡激振动雷诺数效应气动力特性

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螺旋线参数对斜拉索气动力特性影响的研究

螺旋线参数对斜拉索气动力特性影响的研究