懸索橋因其優(yōu)越跨越性能成為目前大跨度橋梁的首選結(jié)構(gòu)形式,但其柔性體系也決定了不可避免地受風(fēng)荷載影響。尤其是橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索不僅受自然脈動(dòng)風(fēng)作用,還受橋塔尾流干擾,在特定風(fēng)速下會(huì)誘發(fā)大幅風(fēng)致振動(dòng)。本文以西堠門大橋橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索為研究對(duì)象,采用數(shù)值分析方法對(duì)其在橫風(fēng)向表現(xiàn)的氣動(dòng)特性進(jìn)行了深入研究,提出了模擬橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索風(fēng)振響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。本文主要研究?jī)?nèi)容有:(1)基于等效線性化近似理論,通過(guò)非線性系統(tǒng)辨識(shí)時(shí)域方法識(shí)別振幅相關(guān)阻尼比和頻率,分析了吊索振動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)非線性特征,對(duì)吊索振動(dòng)系統(tǒng)振幅相關(guān)阻尼比和頻率進(jìn)行三次樣條插值,應(yīng)用于橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索風(fēng)致振動(dòng)數(shù)值分析中;(2)建立了新的描述橋塔尾流區(qū)內(nèi)吊索橫風(fēng)向大幅振動(dòng)特性的數(shù)學(xué)模型。提出的吊索氣動(dòng)力模型囊括了橋塔尾跡規(guī)則脫落的Kármán旋渦與塔后吊索共振作用、高折算風(fēng)速下脈動(dòng)風(fēng)抖振效應(yīng)和振動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)非線性三個(gè)非定常氣動(dòng)分量。該半經(jīng)驗(yàn)半理論模型充分考慮了橋塔尾流對(duì)吊索的氣動(dòng)干擾效應(yīng),模型中關(guān)鍵參數(shù)都具有明確的物理意義;(3)探討了數(shù)學(xué)模型中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定方法,應(yīng)用四階Runge-Kutta法對(duì)尾流振子耦合模型進(jìn)行數(shù)值求解,研究吊索在在不同參數(shù)設(shè)置下的響應(yīng)特征。數(shù)值分析結(jié)果表明,在合理選取參數(shù)的情況下,本文所建立的模型能很好地預(yù)測(cè)橋塔尾流區(qū)吊索振動(dòng)特性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U448.25;U441.3
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究意義懸索橋因其造型美觀、跨越性能出色、具有良好的抗震性能深受橋梁工程師青睞，逐漸成為超過(guò) 1000 米跨度橋梁的首選結(jié)構(gòu)形式。1998 年建成的日本明石海峽大橋（Akashi Kaikyō Bridge）主跨跨度長(zhǎng)達(dá) 1991 米，是目前世界上主跨跨距最大的懸索橋。我國(guó)于 2009 年建成的舟山西堠門大橋（XihoumenBridge）（圖 1-a）主跨跨度 1650 米，是跨徑世界第二、國(guó)內(nèi)第一的特大跨度懸索橋，也是世界上跨徑最大的鋼箱梁懸索橋。青馬大橋（Tsing Ma Bridge）圖 1-b）連接香港境內(nèi)葵青區(qū)青衣島與荃灣區(qū)馬灣島，線路全長(zhǎng) 2160 米，主橋全長(zhǎng) 1377 米。在建的意大利墨西拿海峽大橋和中國(guó)武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋主跨分別達(dá)到 3300 米和 1700 米，懸索橋的建設(shè)正朝著超長(zhǎng)跨徑的方向發(fā)展。

圖 1-2 多圓柱排布方式derios 和 Zdravkovich[50]根據(jù)圓柱間的干擾效應(yīng)對(duì)其尾流區(qū)面劃分為四個(gè)區(qū)域，分別代表近距干擾、尾流干擾、近距和尾擾效應(yīng)，如圖 1-3 所示。1）在近距干擾區(qū)，上游圓柱的尾跡影響下游圓柱的尾跡。當(dāng)雙或α 較大交錯(cuò)排列時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種干擾效應(yīng)。當(dāng) P 較大、α 較柱尾流區(qū)同時(shí)出現(xiàn)大小相同的渦街；而 P 為中間值、α 為較大值列圓柱尾流區(qū)產(chǎn)生的渦街并不相同，而是一窄一寬；當(dāng)兩個(gè)圓近甚至接觸，即 P0 = 時(shí)，尾流區(qū)只會(huì)生成一個(gè)渦街。2）尾流干擾效應(yīng)發(fā)生在串列和略微交錯(cuò)排列的圓柱中，其間距定臨界值（一般為 3.5~4.0）。Zdravkovich[51]研究表明上游圓柱的于一個(gè)單獨(dú)圓柱，下游圓柱尾流受上游圓柱的影響很大。Alam柱氣動(dòng)特征受下游圓柱反饋機(jī)制的影響，至少當(dāng) L8 < 時(shí)，與孤上游圓柱tS 減小，而DC 、'DC 和'LC 增大，可能會(huì)出現(xiàn)兩種不同式。圓柱交錯(cuò)排列時(shí)，尾流渦街會(huì)相互干擾（圖 1-3i），此時(shí)兩

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（3）當(dāng)圓柱串列或交錯(cuò)排列且間距較小時(shí)，上游圓柱尾流明顯受下響，兩圓柱間存在近距和尾流干擾效應(yīng)。事實(shí)上這種情況是近距干擾擾的組合，圓柱表現(xiàn)出四種不同的渦脫形式。 L1.2 < 時(shí)，上游圓柱尾的剪切層在下游圓柱后面卷起而不重新附著（圖 1-3d），也就是說(shuō)，中的渦街基本上是由上游圓柱生成的旋渦產(chǎn)生的[47]。隨著 L 的增大可以以三種不同的方式重新附著在下游圓柱體上，即交替再附（圖 1-3定再附（圖 1-3f）和間歇再附（圖 1-3g）[34,54,55]。對(duì)于交錯(cuò)排列圓柱j），間隙流偏向流向上游圓柱尾流[37,56]，這種干擾狀態(tài)下的流動(dòng)結(jié)構(gòu)大的，除非圓柱布置落在圖 1-3 中標(biāo)記的交叉陰影區(qū)域[56,57]。（4）在無(wú)干擾區(qū)，圓柱間距較大，兩圓柱尾流基本不會(huì)相互影響（。需要指出的是，不同干擾效應(yīng)區(qū)域的邊界取決于雷諾數(shù)eR 、來(lái)流湍u 和阻塞比等參數(shù)。
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本文編號(hào)：2853445