质量阻尼参数和紊流对H型吊杆驰振及涡振的影响

发布时间：2020-09-28 09:24

　　 近十年来,我国大跨度钢拱桥建设发展很快,H型吊杆由于制造与施工方便等因素,被大量用于拱式桥梁建设中。但是H型吊杆由于具有大长细比、断面较钝、阻尼较小等特点,往往气动稳定性极差,极易在风作用下发生涡激共振和驰振,使构件产生疲劳损伤甚至短时间内破坏,影响桥梁使用寿命甚至危及整体桥梁的安全。本文针对桥梁中常见的H型吊杆结构进行了以下研究:(1)为了研究结构阻尼比变化对H型吊杆横风向驰振和涡激共振的影响,基于电磁感应原理设计了一种新型的阻尼器,便于连续地调整H型吊杆的结构阻尼比,而不引入附加刚度和非线性效应,研究发现:增大阻尼比能够有效抑制硬驰振,但对于软驰振在一定范围内增大阻尼比影响很小,只有阻尼比增大到一定程度才能有效抑制软驰振;涡振振幅随阻尼比的增大呈指数型减小。(2)为了研究结构无量纲质量对H型吊杆横风向驰振和涡激共振的影响,本文进行了五组不同质量比工况的风洞测振试验,研究发现:在一定范围内增大质量比,对驰振影响不大或使得驰振风速位移曲线向更高约化风速平移,只有质量比增大到一定程度才能有效抑制驰振;增加质量比能够减小涡振振幅但也会使涡振锁定风速区间向更低约化风速平移。不同阻尼比和质量比组成的相近Scruton数下H型吊杆的驰振和涡振响应并不相同,因此在一定范围内不宜仅用一个Scruton数整体描述H型吊杆的质量阻尼。(3)通过被动格栅在风洞中模拟了不同紊流强度、紊流积分尺度的紊流风场,并进行了H型吊杆的风洞测振试验,研究发现:紊流强度随试验风速的增大呈指数型减小,紊流积分尺度随试验风速的增大则呈幂函数型增大;紊流风场会抑制驰振振幅,增大涡振振幅甚至激发均匀流中不会出现的涡振。(4)通过测量H型吊杆的静力三分力系数,根据驰振准定常理论计算驰振力系数和驰振临界风速,研究发现:在小阻尼比工况均匀流场中驰振力系数为负的攻角均发生了驰振但有些驰振力系数为正的攻角也发生了驰振这是偏危险的;在阻尼比超过0.3%时,计算驰振临界风速与试验值相比也是偏危险的,所以驰振准定常理论并不完全适用于H型断面。(5)通过对H型吊杆进行静止绕流与驰振和涡振状态测压试验,计算了各测点平均风压系数和脉动风压系数,并对数据进行积分处理和FFT变换,得到了模型的气动升力时程及其频谱图,从更微观的气动力角度解释了模型出现风振的原因。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441.3
【部分图文】：

第二章 不同阻尼比下 H 型吊杆风振特性滞力，通过没入油箱的装置与硅油的相加，但在变换不同的阻尼时需要更换油硅油，更换不方便，并且需要多种尺寸了硅油阻尼器示意图。

9图 2.2 基于电磁感应原理的阻尼装置由于传统的外包阻尼膜和油箱阻尼器不能方便快捷的实现弹簧悬挂系统阻尼的变化，本文作者基于电磁感应原理设计了一种新型的阻尼器，便于连续地调整 H 型的结构阻尼比，而不引入附加刚度和非线性效应，如图 2.2 所示。本装置可以实现

第二章 不同阻尼比下 H 型吊杆风振特性轻质铝合金方管焊接而成的芯梁和轻质泡沫组成，并在模型表面贴上一层涂硅保护纸。图 2.5 为模型各构件组合示意图，图 2.6 为 H 型吊杆模型截面参数与风攻角示意图，图2.7 为风洞内部弹性悬挂装置照片，图 2.8 为 H 型吊杆轻质泡沫模型照片。图 2.5 模型各构件组合示意图图 2.6 模型截面参数与风攻角示意图

【参考文献】

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本文编号：2828621