缆索承重桥并列索尾流致气弹失稳研究

发布时间：2021-02-04 08:44

　　为了研究表面粗糙度和雷诺数对并列索尾流致气弹失稳的影响规律,以圆心间距为4D（D为圆柱直径）的双圆柱为研究对象,通过风洞试验,在风向角α=0°～20°、雷诺数Re=18000～168800,研究下游圆柱发生尾流失稳的起振条件、振动幅度及运动轨迹等振动特性,分析增大阻尼比对尾流失稳的减振效果,探讨了圆柱表面粗糙度和雷诺数对尾流失稳的作用效应。研究表明,下游圆柱在不同的风向角及风速条件下会出现尾流驰振和尾流颤振2种气弹失稳形式;增大阻尼比对尾流驰振有明显的减振效果,但对尾流颤振的影响较小。尾流致气弹失稳有明显的雷诺数效应,随着雷诺数的增大,下游圆柱的振动形式会由尾流驰振转变为尾流颤振。增加上游圆柱表面粗糙度对下游圆柱气弹失稳的影响较小;而增大下游圆柱表面粗糙度,则会明显降低下游圆柱出现尾流失稳的可能性,并会使发散性振动转变为"限幅限速"振动。 

【文章来源】：土木工程学报. 2020,53(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

上游圆柱光滑、下游圆柱粗糙(SR)

为了获得较高的雷诺数,上、下游圆柱直径D均为0.180m。为了减小上游圆柱端部效应对下游圆柱的影响,上游圆柱长1.260m(7D),下游圆柱长1.088m(6D)。此外,为了模拟二维流,在上、下圆柱的两端均安装了直径为3D的圆形端板。计入试验支架和端板影响后,上游圆柱的面积阻塞率约为11%,下游圆柱约为10%。与两圆柱间强烈的流场干扰相比,阻塞率对流场影响较小[19]。表1 风洞试验相关参数Table 1 Parameters of wind tunnel tests 试验参数 参数值 圆柱直径D (m) 0.180 下游圆柱质量 m (kg/m) 12.6(光滑圆柱),13.2(粗糙圆柱) 下游圆柱振动自由度 2(顺风向和横风向) 振动频率 (Hz) fx=fy=1.73 风向角 α 0°,5°,10°,15°,20° 阻尼比ζ (%) 0.10,0.34,0.55,0.87 风洞试验来流风速 (m/s) 1.5～14 折减风速 4.8～44.9 雷诺数 Re 18000～168840 不同表面粗糙度布置形式 上、下游圆柱均光滑(SS)上游圆柱光滑、下游圆柱粗糙(SR)上游圆柱粗糙、下游圆柱光滑(RS)上、下游圆柱均粗糙(RR)

由图2可知,当α=0°时,下游圆柱只在较低的折减风速下发生尾流致涡激振动,没有出现大幅尾流失稳现象;在其他风向角下,下游圆柱在全风速范围内既发生了尾流致涡激振动,也出现了大幅的气弹失稳。当α=5°和10°时,下游圆柱的振幅随折减风速的增大而增大;结合图2(b)可知下游圆柱的振动以横风向为主,表现为以横风向振动为主的尾流驰振的振动形态。当α=15°时:6<Vr<16,下游圆柱的振幅随折减风速的增大而逐渐增大,下游圆柱的振动形态为尾流驰振;当Vr>16,随着折减风速的增大,下游圆柱的振幅先减小后增大,且下游圆柱出现较大的顺风向振幅,呈两自由度尾流颤振的振动形态。当α=20°时,下游圆柱在较大的折减风速下也出现了尾流颤振,但振幅相对较小。

【参考文献】：
期刊论文
[1]缠绕螺旋线的斜拉桥斜拉索平均气动阻力特性的试验研究[J]. 刘庆宽,李聪辉,郑云飞,刘小兵,马文勇.  土木工程学报. 2017(05)
[2]基于能量方法的拉索尾流驰振风洞试验研究[J]. 吴其林,华旭刚,胡腾飞.  振动与冲击. 2017(04)
[3]大跨度悬索桥吊索减振技术研究与应用[J]. 陈政清,雷旭,华旭刚,李寿英,颜永先,温青,牛华伟.  湖南大学学报(自然科学版). 2016(01)
[4]大跨度缆索承重桥梁风振控制回顾与思考——主梁被动控制效果与主动控制策略[J]. 赵林,葛耀君,郭增伟,李珂.  土木工程学报. 2015(12)



本文编号：3018052