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风雨激振时拉索响应、升力及水膜形态研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2017年第4期50卷 351-357页

作者：毕继红关健王剑武骥天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 天津城建大学天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室天津300384

风雨激振涉及到气、液、固3种相态的相互耦合作用,在数值模拟方面存在困难.在水膜形态与拉索振动双向耦合方程的基础上,应用有限差分法求解;在保证精度的前提下,提高增量步长,大幅减少计算时间;应用有限元软件COMSOL求解随时间变化的风... 详细信息

风雨激振涉及到气、液、固3种相态的相互耦合作用,在数值模拟方面存在困难.在水膜形态与拉索振动双向耦合方程的基础上,应用有限差分法求解;在保证精度的前提下,提高增量步长,大幅减少计算时间;应用有限元软件COMSOL求解随时间变化的风压力系数和风摩擦力系数;分别研究了特定风速下的拉索振动响应、拉索升力以及水膜形态变化,并分析了三者之间的关系,以揭示风雨激振的产生机理.获得了基于双向耦合方程的拉索振动持续140s的数值模拟结果.结果表明:拉索表面水膜形态的周期性变化导致拉索升力的周期性变化,从而引起拉索的大幅度振动;水线与拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因.

关键词：风雨激振斜拉索水膜共振有限单元法有限差分法

风雨激振中斜拉索表面水线运动的三维数值模拟

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振动工程学报 2020年第3期33卷 559-569页

作者：王剑毕继红关健乔浩玥邵倩周燕管青海天津城建大学天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室天津300384 天津大学建筑工程学院天津300072 弗兰德传动系统有限公司天津300400

基于滑移理论推导三维水膜运动方程,重点考虑斜拉索表面水膜形态变化对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立模拟风雨条件下三维节段斜拉索表面水膜形态变化的理论模型。在此基础上推导出三维节段斜拉索气动力的计算公式,研究水线运动... 详细信息

基于滑移理论推导三维水膜运动方程,重点考虑斜拉索表面水膜形态变化对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立模拟风雨条件下三维节段斜拉索表面水膜形态变化的理论模型。在此基础上推导出三维节段斜拉索气动力的计算公式,研究水线运动对拉索气动力及其振动响应的影响。结果表明:应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态与风洞试验结果相近;发生风雨激振时斜拉索的顺风向振幅明显小于横风向振幅;水线沿拉索环向与轴向运动使得水膜形态发生低频周期性变化,导致拉索气动升力与阻力的同频周期性变化,从而引起拉索的大幅度振动,产生风雨激振现象。

关键词：风雨激振斜拉索三维模型滑移理论水线

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风雨激振时水膜形态与拉索振动间的双向耦合

工程力学 2014年第7期31卷 54-60,77页

作者：毕继红王剑邵倩逯鹏天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 西门子机械传动(天津)有限公司天津300400

风雨激振是指斜拉索在特定风雨条件下的一种低频大幅度振动。该文应用滑移理论并结合单自由度振动理论建立耦合的水膜运动方程和拉索运动方程,应用计算流体力学软件Fluent求解水膜运动方程中的风压力系数和摩擦系数,通过数值求解方程组... 详细信息

风雨激振是指斜拉索在特定风雨条件下的一种低频大幅度振动。该文应用滑移理论并结合单自由度振动理论建立耦合的水膜运动方程和拉索运动方程,应用计算流体力学软件Fluent求解水膜运动方程中的风压力系数和摩擦系数,通过数值求解方程组来研究水膜形态变化、拉索升力及其振动响应之间的联系,以揭示风雨激振的产生机理。结果表明:拉索表面水膜形态的周期性变化导致拉索升力的周期性变化,从而引起拉索的大幅度振动;水线与拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因。

关键词：风雨激振斜拉索双向耦合滑移理论水膜

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风雨激振中拉索与水线耦合运动规律研究

振动与冲击 2010年第12期29卷 71-78页

作者：李暾陈政清李寿英湖南大学风工程试验研究中心长沙410082 广西工学院土木建筑工程系柳州545006

在建立了水线运动与拉索振动相互耦合的三维连续弹性拉索风雨激振理论模型的基础上,通过振型分解,得到了以拉索各阶振型表示的拉索运动微分方程。利用该理论模型对实际拉索发生风雨激振时拉索和水线的运动规律进行了分析,结论表明:拉索... 详细信息

在建立了水线运动与拉索振动相互耦合的三维连续弹性拉索风雨激振理论模型的基础上,通过振型分解,得到了以拉索各阶振型表示的拉索运动微分方程。利用该理论模型对实际拉索发生风雨激振时拉索和水线的运动规律进行了分析,结论表明:拉索风雨激振具有"限速"、"限幅"的特征;拉索的振动包含多阶拉索固有频率,拉索模态间相互耦合,并不断转化;水线沿拉索表面周向的运动具有一定的周期性,运动时程曲线并非呈正弦规律,其运动频率与拉索振动频率基本一致;水线沿拉索轴向分布不是一条直线,处于平均竖向气动力突降区的水线长度对拉索的振幅有较大的影响。

关键词：风雨激振三维连续弹性拉索运动水线耦合运动

风雨激振中斜拉索倾角对水线及拉索振动的影响

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振动工程学报 2018年第1期31卷 57-66页

作者：王剑毕继红何旭辉关健乔浩玥邵倩天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室(天津城建大学) 天津300384 天津大学建筑工程学院天津300072 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 西门子机械传动(天津)有限公司天津300400

应用基于滑移理论的两自由度风雨激振模型,借助Comsol软件求解水膜运动方程中的风压力系数和风摩擦力系数,通过数值求解耦合的水膜运动方程和拉索振动方程,得到了不同倾角的斜拉索表面的上水线运动规律、拉索气动力变化规律及其振动响应... 详细信息

应用基于滑移理论的两自由度风雨激振模型,借助Comsol软件求解水膜运动方程中的风压力系数和风摩擦力系数,通过数值求解耦合的水膜运动方程和拉索振动方程,得到了不同倾角的斜拉索表面的上水线运动规律、拉索气动力变化规律及其振动响应;通过分析三者之间的内在联系探究拉索倾斜角度对风雨激振的影响。结果表明:斜拉索倾角对于起振风速区间的影响不大;拉索横风向及顺风向振幅均随倾角的增大而减小;上水线振荡频率在拉索倾角较小时接近拉索的自振频率,而当倾角较大时远大于拉索的自振频率;上水线在拉索自振频率附近的振荡幅度随拉索倾角的增大而逐渐减弱,导致气动力变化在拉索自振频率附近的能量越来越小,致使拉索振幅不断减小。

关键词：风雨激振斜拉索滑移理论水线倾角

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耦合水线运动的斜拉索风雨激振理论研究

耦合水线运动的斜拉索风雨激振理论研究

作者：宁志超哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

大跨度斜拉桥跨越能力强与桥型优美的特点使得其越来越多地被用作重大交通工程中的节点工程与控制工程。但由于斜拉索长且轻柔,在刮风与降雨的天气条件下,风雨的联合作用会导致斜拉索发生大幅度振动,这种由风雨联合作用产生的异常振动... 详细信息

大跨度斜拉桥跨越能力强与桥型优美的特点使得其越来越多地被用作重大交通工程中的节点工程与控制工程。但由于斜拉索长且轻柔,在刮风与降雨的天气条件下,风雨的联合作用会导致斜拉索发生大幅度振动,这种由风雨联合作用产生的异常振动现象被称为风雨激振(RWIV)。斜拉索的风雨激振是已知振幅较大的一种振动,此现象会严重危害斜拉索锚固装置的性能,长期的振动也会损坏拉索表面的保护层,严重影响斜拉索的安全性与使用寿命。斜拉索的大幅风雨激振也会影响行车司机的舒适感和安全感。自发现该现象至今,已有大量研究学者进行了现场观测、风洞试验等研究,但风雨激振的产生机制仍存在争议,因此需要开发更合理的理论模型模拟并揭示其发生的机理。本文基于风攻角假设,对斜拉索发生风雨激振时斜拉索所受的气动力进行了理论推导。主要进行了以下研究工作:通过采用新的更合理的风攻角假设,运用二维刚性节段理论模型推导出了风雨激振的流固耦合气动力计算模型。运用此气动力模型提出了模拟斜拉索风雨激振的准定常水线运动模型和耦合非定常水线运动模型。通过求解两种理论模型得到了斜拉索与上水线的运动信息,通过对斜拉索与上水线运动信息的分析验证,验证了气动力理论模型与两种风雨激振理论模型的合理性。本文利用求解理论模型所得斜拉索与上水线的运动信息,反推得到斜拉索所受气动力的信息,对其进行分析,得到了风雨激振发生时斜拉索所受气动力的分量信息,通过对气动力的分析,发现了风雨激振的激发机理。最后对两种理论模型进行参数分析,得到了多种重要参数对斜拉索风雨激振的影响并提出控制风雨激振的思路。

关键词：斜拉索风雨激振风攻角假设准定常水线运动模型耦合非定常水线运动模型

风雨激振时水线与拉索双向耦合的三维数值模拟

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振动与冲击 2020年第3期39卷 8-15,23页

作者：王剑毕继红逯鹏关健乔浩玥周燕郭红梅天津城建大学天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室天津300384 天津大学建筑工程学院天津300072 中冶建筑研究总院有限公司北京100008

基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式;考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响,将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型,研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规... 详细信息

基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式;考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响,将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型,研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规律、拉索升力及其振动规律。结果表明:应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态、厚度及环向振荡范围均与实验结果相近;上水线的环向周期性运动导致拉索升力周期性变化,二者步调一致且频率相同,均接近拉索自振频率,引发拉索大幅度自激振动。

关键词：风雨激振斜拉索滑移理论三维数值模拟水线

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悬链线型斜拉索风雨激振模型及特性分析

中国公路学报 2019年第10期32卷 237-246页

作者：杨雄伟李明水李暾西南交通大学风工程试验研究中心四川成都610031 广西科技大学土木建筑工程学院广西柳州545006

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长,以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力,建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型,... 详细信息

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长,以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力,建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型,并推导出以各阶模态为坐标的拉索振动微分方程。以不同参数拉索为例,对拉索与水线的耦合运动微分方程组进行数值求解,并将计算结果与基于抛物线型的拉索风雨激振理论模型进行了比较。结果表明:在某些情况下,拉索采用悬链线型与抛物线型的计算结果在拉索振幅、参振模态、空间振动形态、振动频率、拉索与水线相位差以及水线的振动频率上有很大差异;垂度影响系数对拉索低阶模态有较大影响,抛物线型垂度影响系数大约是悬链线型的一半;采用悬链线型建立的拉索风雨激振理论模型得到的拉索各阶模态的自振频率比采用抛物线型模型的计算结果要高,模态阶数越低,自振频率差距越明显。

关键词：桥梁工程风雨激振理论推导斜拉索悬链线连续拉索垂度

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水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用

振动工程学报 2004年第1期17卷 96-101页

作者：顾明黄麟王国砚同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

从理论和试验两个方面研究了水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用。建立了拉索和水线的运动方程 ,应用李雅普诺夫函数给出了水线不平衡角的判别公式。设计了一种新型的带有可运动人工水线的拉索模型 ,并进行了风洞试验。理论和试... 详细信息

从理论和试验两个方面研究了水线震荡对斜拉桥拉索风雨激振稳定性的作用。建立了拉索和水线的运动方程 ,应用李雅普诺夫函数给出了水线不平衡角的判别公式。设计了一种新型的带有可运动人工水线的拉索模型 ,并进行了风洞试验。理论和试验结果表明 ,水线震荡是导致拉索风雨激振具有较大不稳定范围的主要原因。试验结果证明了理论模型和分析的结果是正确的。

关键词：水线震荡斜拉桥拉索风雨激振稳定性