风雨导致的斜拉桥斜拉索的振动

研究了斜拉桥的斜拉索在风、雨共同作用下所发生的振动。为研究其发振机理，在风洞中，用刚性圆筒模拟斜拉索的一段进行了节段模型试验。为观察斜拉索上、下两条水路的形成，还进行了流迹显示试验。用稀薄油代替水重复试验时观察到了驰振现象，表明斜拉索产生不稳定振动的原因是在其表面特定位置形成的水路，使其原本对称的截面变成非对称的所致。最后，提出了抑制风雨振的措施。     

表面损伤斜拉索雷诺数临界区气动力与流场分析

斜拉索由于具有自身质量轻、结构刚度差、结构阻尼小和自身长细比大的特点，极容易发生风（雨）致振动，对桥梁结构的安全性能产生很大的影响，而斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，准确掌握其风荷载对于桥梁抗风设计具有重要意义，特别是斜拉索在生产、运输和安装过程中表面可能受到损伤，该斜拉索在临界雷诺数区的气动力特性和流场特性更是值得研究的问题。针对此种状况，通过同步测力风洞试验，对表面无损伤斜拉索模型和表面损伤斜拉索模型在不同风攻角下的升力系数进行时程分析，得到边界层转捩的3个区域；将升力系数时程进行快速傅里叶变换计算得到升力时程频谱图，并通过频谱图分析随机信号的频域特征；对比从雷诺数亚临界、临界到超临界区表面无损伤和表面损伤斜拉索的流场变化，并从周围流场变化的角度分析雷诺数临界区斜拉索气动稳定性及可能的机理。研究结果表明：表面无损伤和表面损伤模型的升力系数随雷诺数的变化规律基本一致，二者的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡过程中会出现双稳态现象，损伤会影响斜拉索尾流区旋涡脱落的情况，进而对不同雷诺数下的Strouhal数值变化产生一定的影响。     

O型套环对圆柱结构气动力和干索驰振影响的试验

圆柱类结构在土木工程领域应用十分广泛，其风荷载和风致振动一直是研究和设计十分关注的问题。根据圆柱结构风致振动的机理，提出了O型套环这种被动式的三维气动措施，并对其减阻抑振效果进行了全面研究。通过风洞内的天平测力和干索驰振试验，研究了O型套环的几何参数(间距、宽度和厚度)对气动力和干索驰振的影响规律，并对减阻抑振机理进行了分析。研究结果表明：同标准圆柱类似，套环圆柱的平均阻力系数和雷诺数密切相关；当雷诺数小于3.0×10⁵时，套环圆柱的平均阻力系数小于标准圆柱的结果，最大减阻率为29.5%;当雷诺数大于3.0×10⁵时，套环圆柱的平均阻力系数大于标准圆柱的结果，最大增阻率为36.4%;标准圆柱和套环圆柱均会在高风速区间发生干索驰振，套环间距越小、宽度越大、厚度越小，对干索驰振的抑制效果越好；在亚临界区，套环圆柱可以减小阻力，原因是圆柱安装套环后，尾流宽度变窄，旋涡形成区变长，流场呈现三维特征；在临界区，套环圆柱会增大阻力，一定程度上可将套环视为对流场的扰动，加剧层流向湍流的转捩；套环圆柱对干索驰振的抑制和加剧与套环圆柱在临界区增阻的机理相似。     

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。     

阻力小,气动性能稳定的斜拉索的实验研究

大距度斜拉桥中，由于下雨使斜拉索产生一种特殊的振动。近年来日本在雨振防止对策上进行了大量的研究工作，本文介绍了日本学者北条哲男等人从阻力小、气动性能的稳定的思路出发，通过１：１的斜拉索模型实验来研究防止雨振的方法。实验研究结果表明，把斜拉索表面加工成有一定形状的粗糙度后，可以较好地控制斜拉索的周边气流，起到减振作用。     

PC双线铁路斜拉桥第二千曲川桥的设计

介绍北陆新干线上，ＰＣ双线铁路斜拉桥－第二千曲川桥的设计方案比选，结构形式快定，斜拉索和桥塔的形式，设计采用的规范，材料，荷载组合及荷载系统，列车冲击系数的计算，列车走行的安全性与乘舒适感分析，斜拉索风致振动的影响，抗震设计，斜拉索抗风设计等。     

气动外形对拉索风雨振影响的模型试验研究

为了研究拉索气动外形对其风雨振的影响,选用4种不同直径及表面的斜拉索进行节段模型静、动力风洞模型试验研究,分析不同斜拉索风雨振的产生条件和振幅。试验结果表明,在临界姿态下,模型A,B,D都发生了雨振,模型A的振幅最小;模型C在测试风速范围内未发生雨振,仅风速较高时振幅稍大。综合考虑静风设计要求与风雨振动的制振效果的情况下,模型C应是最佳拉索截面形式。     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大，斜拉索长度也越长，会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶，涡激共振参与模态为高阶，这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法，研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper，VIMD）的斜拉索减振效果。首先，将斜拉索简化为张紧弦，建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程，采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后，以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景，研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后，研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响，并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元，可显著提高斜拉索的模态阻尼比，非常有利于减振；斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合，这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同；斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

斜拉桥设计阶段斜拉索雨振的估算

斜拉索雨振是斜拉桥设计中最为设计者所关心的问题之一。如果没有广泛深入的研究，仅靠一般的试验研究，要在设计阶段准确地预测雨振效应是困难的。给出一个预测斜拉索可能发生的雨振估算模型，该模型是一个基于已有研究和实测成果及最不利状态下的设计用模型。斜拉索的风荷载由修正的驰振方程给出。由该模型可估算斜拉索雨振的临界风速及振幅。估算结果依赖于斜拉索的直径、阻尼、刚度、质量以及升力系灵敏随风的攻角的变化等参数。计算时采用了由以往试验所得的升力系数。用该模型对某座实桥斜拉索雨振的估算结果与其现场实测结果的比较表明：估算结果能很好地反映实测结果。在另一座斜拉桥的设计阶段也采用了该估算模型。     

钢绞线斜拉索粘性阻尼器设计方法及应用

本文给出了斜拉桥钢绞线斜拉索粘性剪切型阻尼器的设计和安装方法。在描述了斜拉索常见的风致振动及其危害后,介绍了目前所采用的斜拉索减振措施。根据国内粘性剪切型阻尼器研究现状,针对钢绞线斜拉索,采用AN SY S有限元程序进行设计计算;分析了影响粘性剪切型阻尼器减振效果的因素。通过在安庆长江大桥上进行实桥试验,验证了本粘性剪切型阻尼器设计计算方法的可行性和减振效果。     

长安街西延永定河大桥斜拉索风雨振及减振措施研究

为明确长安街西延永定河大桥斜拉索的风雨振特性,提出有效的减振措施;进行斜拉索风雨振计算分析,并通过风洞试验分析风速和雨强对斜拉索风雨振的影响;研究不同阻尼比和斜拉索表面缠绕双螺旋线的减振效果。结果表明:该桥大部分斜拉索在不采取减振措施的情况下有发生风雨振的可能;斜拉索风雨振的振幅随着风速的增大先增大后减小,随着雨强的增大逐渐减小;增大阻尼比能有效减小斜拉索风雨振的振幅。建议该桥斜拉索安装阻尼器时,阻尼比不小于0.9%;当螺旋线的直径为1.2mm时,单根螺旋线的间距取6倍的斜拉索直径;当单根螺旋线的间距为12倍的斜拉索直径时,螺旋线的直径取2.0mm。     

斜拉索磁流变智能阻尼控制系统分析与设计

在结构主动、半主动和智能控制系统优化设计方法的基础上,研究了斜拉索磁流变智能阻尼控制系统的设计方法,并采用所建立的设计方法完成了山东滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变智能阻尼减振系统的优化设计。采用限界HROVAT最优控制算法确定磁流变阻尼器的半主动控制力,数值计算了斜拉索磁流变阻尼控制系统的风振反应。进一步分析比较了主动控制、半主动控制、Passive-on被动控制和Passive-off被动控制策略下的磁流变阻尼器控制斜拉索风致振动的控制效果,验证了磁流变阻尼器优化设计方法的正确性和磁流变阻尼器控制策略的有效性。     

安装亮化灯具导致的斜拉桥拉索风致驰振流固耦合分析

为了提出一种流固耦合分析方法用以模拟和分析风致振动现象,通过将拉索-亮化灯具系统的流场简化为相对来流有一定攻角的三圆柱串列模型,将系统振动模型简化为质量-弹簧-阻尼系统,采用SST湍流模型,结合特别设计的网格划分技术,应用ANSYS CFX软件及User Fortran工具自行开发结构动力分析程序,对特征长度相差较大的三圆柱系统之间气动干扰现象进行精确模拟。结果表明：提出的流固耦合分析结果成功再现了风洞试验现象;在风速大于18m.s-1时,下游钢丝绳受到的流体作用变得明显,体现出其改变拉索-灯具系统截面形式的作用,从而在机理上较好地解释驰振力的形成过程,验证了该方法的正确性,并可供类似研究参考。     

Nonlinear analysis of wind-induced vibration of high-speed railway catenary and its influence on pantograph–catenary interaction

The wind-induced vibration of the high-speed catenary and the dynamic behaviour of the pantograph–catenary under stochastic wind field are firstly analysed. The catenary model is established based on nonlinear cable and truss elements, which can fully describe the nonlinearity of each wire and the initial configuration. The model of the aerodynamic forces acting on the messenger/contact wire is deduced by considering the effect of the vertical and horizontal fluctuating winds. The vertical and horizontal fluctuating winds are simulated by employing the Davenport and Panofsky spectrums, respectively. The aerodynamic coefficients of the contact/messenger wire are calculated through computational fluid dynamics. The wind-induced vibration response of catenary is analysed with different wind speeds and angles. Its frequency-domain characteristics are discussed using Auto Regression model. Finally, a pantograph model is introduced and the contact force of the pantograph–catenary under stochastic wind is studied. The results show that both the wind speed and the attack angle exert a significant effect on the wind-induced vibration. The existence of the groove on the contact wire cross-section leads to a significant change of the aerodynamic coefficient, which affects largely the aerodynamic forces applied on the catenary wires, as well as the vibration response. The vibration frequency with high spectral power mainly concentrates on the predominant frequency of the fluctuating wind and the natural frequency of catenary. The increase in the wind speed results in a significant deterioration of the current collection. The numerical example shows that a relatively stable current collection can be ensured when the wind flows at the relatively horizontal direction.     

H型截面吊杆驰振稳定性的数值模拟分析

以某大跨拱桥H型吊杆为例,根据风洞试验和计算流体力学数值模拟分析方法,得出H型吊杆的阻力和升力系数;根据Hartog判据,得出该桥吊杆的驰振系数,并分析其驰振稳定性,通过计算得到驰振临界风速。研究结果显示,数值模拟分析方法的结果与风洞试验的结果吻合良好,表明利用数值模拟方法（计算流体力学）来研究吊杆的驰振稳定性具有一定的实用价值。     

桥梁断面静三分力系数的CFD计算分析

利用流体分析软件Fluent计算了不同桥梁断面型式在中等雷诺数时和不同攻角下的阻力系数和升力系数。文中选用6类不同桥梁断面型式进行了计算分析。通过计算得出的阻力、升力系数随攻角的变化对比以及风场压力云图直观反映,初步分析了各类断面在静风作用下三分力系数值的特性。计算结果表明,钝体断面其阻力系数的变化形式相似,而上下不对称开口会造成其升力系数的变化;而流线型断面,其阻力系数与钝体断面截然不同,与攻角有直接的关系,实际应用需要多注意。     

阵风下高速列车-独塔斜拉桥耦合振动分析

大跨度桥梁一般较柔且桥面较高,车辆与桥梁间耦合作用明显,桥面风速较大时车辆风荷载也将增大,列车-桥梁系统抗风安全性成为重要课题。为了研究阵风环境下高速列车驶过独塔斜拉桥时的耦合振动特性,利用有限元方法建立多自由度有限元独塔斜拉桥子系统（转为线性弹性体）,利用多刚体动力学方法建立CRH3四动四拖八辆编组高速列车子系统,在两子系统基础上,搭建起高速列车-独塔斜拉桥刚-柔耦合大系统。利用线性滤波法并考虑空间竖向和横向相关性生成了空间脉动阵风,其作为外部激励输入车-桥系统中,选用Park数值积分方法进行了求解。在此基础上,通过时域/频域方法分析阵风激扰对车-桥系统的影响,并继续研究风攻角、行车速度对车辆安全运行的影响,并得到相应条件下的车速限值。研究结果表明：利用有限元与多体动力学方法结合的刚-柔耦合系统同时阵风作为激励输入,可以有效模拟风-车-桥系统;空间脉动阵风使得车-桥系统各动力学响应明显加剧,并激起车辆及桥梁的低频振动;车速提高使桥面低频及车辆中低频振动被激起,振动向更高频率移动;风攻角在60°~90°时影响最大;在预设条件下,车速为230 km·h^-1时,列车轮重减载率已超过安全限值（0.8）,此时列车在桥梁上行驶安全已无法得到保证。