波浪型斜拉索渦致耦合振動與流動控制機理研究

《波浪型斜拉索渦致耦合振動與流動控制機理研究》是依託武漢理工大學，由鄒琳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：波浪型斜拉索渦致耦合振動與流動控制機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄒琳
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

現代橋樑結構越來越往長、細、輕、柔與低阻尼方向發展，斜拉索在風雨載荷作用下的多相耦合效應日益突出。探索斜拉索渦致耦合振動機理及尋求有效的振動控制措施正受到極大的關注。本項目針對目前改變斜拉索表面形狀來抑制斜拉索由風雨載荷引起的振動所遇到的瓶頸與難點，提出採用波浪型改形表面進行流動控制以獲得抗風減振的方法，將系統的研究： （1）不同波幅波長參數對波浪型斜拉索渦致耦合振動及頻率鎖定現象的影響規律；（2）不同排列波浪型斜拉索群的氣動干擾效應及其對振動回響的影響；（3）特定波幅波長參數下波浪型斜拉索的風雨激振抑制機理。我們將建立波浪型大跨度斜拉索在非均勻來流下的渦激耦合振動回響模型，數值和實驗研究波浪型斜拉索渦致耦合動力問題並揭示其流動控制機理，為大跨度斜拉索的失效模式和安全評估準則的研究及災害防治對策的制定提供相應的理論基礎和技術支持。

結題摘要

隨著斜拉橋跨度的增大，拉索的風致振動問題已經成為世界橋樑抗風研究領域的重點研究課題，針對目前斜拉索由風雨載荷引起的振動所遇到的問題，我們提出了一種新型的可抗風減振的三維波浪型斜拉索結構，深入系統的研究了該三維波浪型斜拉索（群）渦致耦合振動動力學問題並詳細的探索了其流動控制機理。首先，我們建立了適應於預測波浪型斜拉索結構的渦致耦合振動回響特性的新三維數值計算模型，並實驗驗證了計算模型的正確性。在此基礎上，針對三維波浪型斜拉索渦致耦合振動回響及頻率“鎖定”現象、三維波浪型斜拉索群的氣動干擾效應及其尾流馳振現象以及三維波浪型斜拉索結構風雨激振等方面展開了數值及實驗研究。研究結果表明：① 可通過適當波長波幅的三維波浪型斜拉索改變或抑制拉索渦致振動時“鎖定”或“拍頻”現象，控制流動分離以實現降低風阻、減振或抑振目的。三維波浪型斜拉索渦致振動回響與拉索三維表面形狀具有強烈的相關性，研究首次發現三維表面形狀波幅參數a/Dm是抑制渦致耦合振動有效的控制參數，振動時其流動模態完全不同於靜止繞流。我們明確了不同Re下波長波幅對三維波浪型斜拉索渦致耦合振動回響影響規律；② 某些波長波幅形狀的波浪型斜拉索群，下游波浪型斜拉索振動振幅遠遠小於同工況下的串列直拉索下游振動振幅，其尾流馳振現象被明顯抑制了。我們探明了三維波浪型斜拉索群尾流馳振抑制物理機制，波浪型拉索表面三維形狀，間距比，Re等對串列雙波浪型斜拉索渦致耦合振動回響產生耦合的影響，一方面上游斜拉索發展了十分穩定的後尾跡，對下游拉索起完全螢幕蔽作用（間距比小於10時），另一方面隨著拉索表面三維形狀波幅a/Dm的增加，其流體三維特性逐漸增強，對抑制拉索群的尾流馳振帶來了十分有益的影響；③ 拉索的三維波浪形狀對水線的形成及其運動特徵具有明顯的影響，選擇適當的波長波幅形狀能破壞上水線的形成，可有效的抑制拉索的風雨激振。