懸索橋吊索剛度、阻尼及渦激振動分析方法研究.pdf

1、吊索是懸索橋的主要承重構(gòu)件之一，是一種典型的柔性結(jié)構(gòu)，在低風(fēng)速下極易發(fā)生渦激振動。目前，相關(guān)研究主要采用有限元法把吊索的渦激振動問題簡化為二維吊索進(jìn)行數(shù)值模擬，相當(dāng)于在吊索的某一位置取一個截面，同時將吊索的受力情況簡化為質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)。由于吊索是在主纜和加勁梁架設(shè)完之后安裝并張拉，受吊索初始張力、直徑、端部約束情況、風(fēng)荷載、長度、截面位置等因素的影響，不同吊索截面的剛度和阻尼不同。因此，研究質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)的剛度和阻尼對懸索橋

2、吊索渦激振動的影響及掌握三維結(jié)構(gòu)渦激振動二維分析方法具有重要意義。鑒于此，本文主要研究工作如下：
　　（1）為了確定懸索橋吊索的約束剛度及其影響因素,明確目前吊索流固耦合二維數(shù)值計(jì)算中剛度的取值。本文采用理論推導(dǎo)和有限元方法分析了吊索初始張力、長度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置對吊索約束剛度的影響。結(jié)果表明：有限元數(shù)值模擬結(jié)果與理論推導(dǎo)結(jié)果吻合良好，有限元計(jì)算與理論推導(dǎo)的正確性得到了相互印證；吊索約束剛度隨其初始張力與直徑的增

3、大而增大，吊索約束剛度隨其長度的增大而減?。坏跛骷s束剛度隨風(fēng)速的變化而變化；吊索兩端為固定端約束時的剛度大于吊索兩端為固定鉸約束時的剛度；吊索的跨中斷面約束剛度最小，從跨中向兩端吊索約束剛度逐漸增大。因此在吊索的流固耦合計(jì)算時，剛度的取值隨吊索初始張力、長度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索斷面位置的不同而不同。
　?。?）確定懸索橋吊索的阻尼及其影響因素是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，且目前吊索流固耦合二維數(shù)值計(jì)算中吊索阻尼取值的實(shí)際工程意義不太明

4、確，為了利用二維流固耦合計(jì)算實(shí)際工程中吊索的風(fēng)振特性，其中吊索斷面阻尼的取值至關(guān)重要，為了研究吊索斷面的阻尼特性，采用自由振動衰減法和有限元方法分析了吊索初始張力、長度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置對吊索阻尼的影響。結(jié)果表明：吊索阻尼隨其初始張力的增大而增大，吊索阻尼隨其直徑和長度的增大而減小；吊索阻尼隨風(fēng)速的變化而變化；吊索兩端為固定端約束時的阻尼大于吊索兩端為固定鉸約束時的阻尼；吊索的跨中阻尼最小，從跨中向兩端吊索阻尼逐漸增大。

5、因此在吊索的流固耦合計(jì)算時，阻尼的取值隨著吊索初始張力、長度、直徑、風(fēng)速、約束條件以及吊索位置的不同而不同。
　?。?）在明確了懸索橋吊索剛度與阻尼確定方法的基礎(chǔ)上，本文提出了吊索渦激振動的準(zhǔn)三維數(shù)值分析方法，采用該方法分析了吊索的渦激振動特性。通過與已有文獻(xiàn)的對比，驗(yàn)證了吊索渦激振動準(zhǔn)三維數(shù)值分析方法的正確性；建立吊索的有限元模型，研究吊索剛度與阻尼對其渦激振動的影響。結(jié)果表明：隨著吊索剛度的減小，吊索無因次振幅逐漸增大，但增大