斜拉索风雨激振和索桥塔耦合参数振动的研究

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1、摘要近年来，由于钢材料的性能提高，大量全张力构件被应用于建筑、桥梁等结构物当中，而张紧索作为其中的主要形式得到了广泛的应用。风雨激振与索桥耦合参数振动由于其振动幅值较大、危害较为严重而成为桥梁工程界十分关注的问题。本文主要对这两方面的内容进行了深入研究，主要内容包括以下几个方面：1．简单介绍了几种常见的拉索的风致振动，分别介绍了风雨激振及索桥塔耦合参数振动的振动特点、研究方法以及目前的研究现状。2．分别在拉索的两种初始静态垂度曲线方程下建立了拉索风雨激振的空间力学模型。在对水线的处理中，主要采用两种处理方式，便于后续对比性工作的进行。一是假

2、设水线按正弦规律运动，其频率和拉索一阶固有频率相等；二是对水线进行受力分析，假定水线与拉索表面间存在的阻尼力为库仑阻尼力的形式，列出其运动学方程。然后对不同的静态曲线拉索与不同的水线方程进行组合分别进行求解，得到了拉索在不同风速的情况下的跨中的面内、面外位移时间历程曲线以及它们的幅频曲线。计算结果表明：在四种模型组合情况下，拉索均以单模态振动为主，且面内振动的幅值约为面外振动的十倍，为拉索安全的主要威胁；拉索的振动幅度随风速的增大而先增大后减小，随库仑阻尼力增大而普遍减小，并且水线的平衡位置也同时发生变化；在水线质量约为0．16kg／m时水

3、线的计算平衡位置与实验数据较为接近；但在运动水线的情况下，普遍的最大振动风速有所降低，更容易出现风雨激振现象，但同时运动水线的情况下，拉索的振动幅值也有所降低，这主要是因为水线的振动幅度受到了风力及外部因素的限制，而未能达到如假定般大小。3．在考虑桥塔的整体振动特性及索桥连接处的边界条件不完全等同于简支梁的情况下，研究斜拉桥索一桥一塔耦合参数振动系统的振动特性，并对比性地研究了在桥面正弦激励、不平顺激励、风雨激励以及不平顺同风雨联合激励下的斜拉桥桥塔，拉索和桥面的响应，及其同桥面的初始响应、桥面的刚度与塔的刚度比、索的固有频率与桥面的固有频

4、率比等相关参数的关系，同时研究了在拉索受到风雨激励条件下时的耦合系统的振动特性。结果表明：桥面的振动频率与拉索固有频率比是发生参数振动的本质要求，桥面的初始响应的增大，使桥梁索的最终幅值响应增大，并且响应的时间也明显缩短；而桥塔刚度、索的初始应力大小对拉索的振动也有较为明显的影响；而在风雨激励下，拉索的振动出现较明显的拍振现象，且拉索的振动主要由三种频率构成，桥塔的振动频率则有两种叠加。关键词：斜拉桥，拉索，风雨激振，仿真，索桥塔参数激振ABSTRACTInrecentyearsduetothesteelmaterialperformanc

5、e，largeamountsofthetensionmembersareappliedtobuildings，bridgesandotherstructures，whilethetensioningcableasthemainformarewidelyused．TheamplitudeofRain．wind—inducedvibrationandtheparametervibrationisSObiganditsconsequenceisSOgrievousthatbridgeengineersareveryconcernedaboutth

6、eproblem．Sointhispaper,themaincontentsareaboutthesetwoaspects，thefollowingjobsaredone：1．Thispaperbrieflyintroducesseveralkindsofcommoncablewind．inducedvibration．Thecharacteristic，researchmethodsandpresentresearchsituationofrain‘wind-inducedvibrationareintroducedsuchasthepa

7、rametricvibration．2．Thespatialmechanicsmodelofrain．wind．inducedvibrationofcableisestablishedwithtwodifferentinitialstaticsagcurveequations．ThemostdifficuItproblemofestablishthemodeloftheRWIVistheanalysisandhypothesisoftherivulet。stressandcharacteristicsofmotion．Inthispaper

8、,thecomparativestudvofRWIVwillbeproceeding．Aimattheproblemofthemodeloftherivulet．akindoft