《纜索局部振動對千米級跨徑斜拉橋顫振特性的影響》是依託武漢理工大學，由楊德燦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：纜索局部振動對千米級跨徑斜拉橋顫振特性的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊德燦
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
斜拉橋的三維顫振有限元分析一般將纜索視為單根鏈桿，全橋模型風洞試驗也不模擬纜索局部振動的振型。事實上，當跨徑增大後斜拉橋的斜拉索在顫振運動過程中很難保持直線，纜索作為張力弦自身的振型會表現出來。纜索的局部振動引起的纜索氣動彈性作用對大跨度，特別是千米級跨徑斜拉橋的顫振行為會產生顯著影響。為此，本項目第一步建立反映纜索自身振型的有限元模型，並計及纜索自激氣動力，採用全模態直接求解方法，提取顫振運動方程的特徵值，得到顫振模態，從而建立反映纜索自身振型的橋樑三維顫振分析方法，從有限元分析的角度考察纜索局部振動對橋樑顫振特性的影響。第二步設計專門的可以反映纜索局部振動振型的全橋模型，通過風洞試驗的方法考察纜索振型對顫振特性的影響，驗證有限元分析的結果。運用理論分析和風洞試驗兩種途徑探討纜索局部振動引起的氣動彈性作用對千米級跨徑斜拉橋顫振行為影響的程度和機理，為此類大跨度跨海橋樑的抗風設計提供依據。
結題摘要
纜索的局部振動對斜拉橋顫振特性的影響程度和影響機理，是大跨徑斜拉橋顫振考察不可迴避的問題。處於風場中的纜索，作為張力弦局部振動的理論計算和風洞實驗模擬一直是橋樑風工程難以解決的問題。本項目引入了纜索的多鏈桿模型，計入幾何剛度，建立可反映纜索局部振動的纜索模型。採用線性阻尼模擬結構主要振型的阻尼，針對不同建築材料的橋樑實現全橋結構阻尼的有限元模擬。利用全橋三維顫振分析的通用有限元程式方法，考察主跨600m級跨徑斜拉橋、主跨1000m級跨徑斜拉橋、主跨2x600m級三塔斜拉橋的動力特性和顫振特性，以及纜索局部振動對動力特性和顫振特性的影響。 對於主跨600m級跨徑的斜拉橋，纜索局部振動對全橋動力特性有明顯影響，大量纜索局部振動模態出現在全橋主要模態中，一階和二階纜索正弦半波以索麵同相位振動出現在全橋整體模態中。纜索局部振動對動力特性的固有頻率有一定幅度的影響。對於不同的主要模態，幅度達1-10%。顫振臨界風速對固有頻率的敏感性體現在小幅的固有頻率的改變將導致較大的顫振臨界風速的變化。全橋的三維顫振分析揭示了纜索局部振動對600m級跨徑橋樑的顫振特性有顯著的影響。計入纜索局部振動可使主跨600m級跨徑斜拉橋顫振臨界風速提高超過20%。顫振形態中纜索主要出現的是一階正弦半波的局部振動。影響機理表現為纜索局部振動通過改變全橋整體振動的頻率和局部振動振型參與的氣動彈性作用對橋樑整體顫振臨界狀態產生影響。 通過對主跨1000m級跨徑雙塔斜拉橋的計算，發現橋樑整體固有模態中出現了較多高階正弦半波的纜索局部振動。顫振形態中有二階正弦半波纜索局部振動出現。同時顫振分析的疊代計算中模態的跟蹤很困難，特徵值的提取亦較困難，須要反覆更改頻率搜尋範圍，才能得到結果，且不能排除特徵值遺漏情形。對於主跨2x600m級的三塔斜拉橋，固有模態和顫振模態相對於雙塔斜拉橋呈現出不同的特徵，顫振形態為反對稱扭轉為主。在此基礎上，構造了邊中塔高比作為影響因素的不同的工況，籍以反映邊中塔高比在斜拉橋立面方案設計中的合理變化範圍，並保持雙主跨跨徑不變。對此模型系列進行計算，討論了三塔斜拉橋邊中塔高比對橋樑動力特性以及顫振特性的影響。 探討了通過風洞試驗模擬纜索局部振動對顫振特性影響的技術途徑，認為在現有風洞試驗條件下，全橋風洞試驗在模擬全橋整體動力特性的時候，很難同時模擬纜索的張力和質量分布，張力模擬和質量
