表面状态对斜拉索气动力和风致振动影响的试验研究

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1、密级：公开-工学博士学位论文表面状态对斜拉索气动力和风致振动影响的试验研究ExperimentalStudyonEffectofSurfaceStateonAerodynamicForceandWind-inducedVibrationofStayCables培养单位：土木工程学院专业：结构工程研究生：郑云飞指导教师：刘庆宽教授二〇一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教

2、育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着斜拉桥跨度的增大，

3、斜拉索的数量增多、长度增大，斜拉索上的风荷载在桥梁中占的比重越来越大，以苏通大桥为例，斜拉索上的风荷载对于主梁跨中和塔顶侧向位移的贡献占桥梁风荷载的50%。在斜拉索的服役期内，由于表面材料性能的改变和环境的影响，其表面状态发生改变，导致其受力性能改变，在这种背景下，准确掌握斜拉索上的风荷载对于斜拉桥的设计是十分有必要的。除了斜拉索的风荷载，由于斜拉索具有的柔度大、阻尼低的特点，在风荷载的作用下发生风致振动，引起斜拉索端部的破坏，其振动机理和抑振措施也是研究的热点问题。本文通过风洞试验的方法，研究了端部处理方式对斜拉索风洞试验的影响；研究了有无降雨对

4、不同粗糙度表面、缠绕不同螺旋线参数斜拉索气动力和风致振动特性的影响，研究工作主要包括四个方面：1.斜拉索二维节段模型风洞试验端部条件研究。通过在模型两端设置补偿模型和不同尺寸的端板，得到了补偿模型和不同端板尺寸对斜拉索模型气动力和风压分布的影响规律。研究表明：当模型的长细比较小时，设置补偿模型的方式无法消除端部效应的影响。当设置的端板的尺寸大于4倍的模型直径时，能抑制端部效应的影响。在模型两端设置端板时，如果端板与模型连接，应考虑对端板上气动力进行修正。2.光滑表面斜拉索气动力和风致振动特性研究。通过研究干燥状态下，斜拉索气动力发现：在临界区出现很

5、大升力系数约为1.3，远大于相同雷诺数下的阻力系数。《公路桥梁抗风设计规范》中斜拉索风荷载计算时未考虑平均升力的影响，导致斜拉索风荷载计算不够准确。为了工程应用的方便，给出了不同验算风速下，斜拉索气动力系数的取值建议；湿润状态下，斜拉索进入临界区的雷诺数提前，最小阻力系数比干燥状态下有明显增大。3.粗糙表面斜拉索气动力和风致振动特性研究。通过砂纸改变斜拉索表面的粗糙度，分析了干燥状态下粗糙度对斜拉索气动力的影响，发现随着粗糙度的增大，斜拉索的最小阻力系数逐渐增大，临界区出现的升力系数逐渐减小；随着斜拉索表面粗糙度的增大，斜拉索在高雷诺数的气动稳定性

6、有所提高；湿润状态对不同粗糙度的斜拉索的影响存在明显差异。4.缠绕螺旋线斜拉索气动力和风致振动特性的研究。随着螺旋线间距的减小、螺旋线直径的增大，斜拉索的最小阻力系数逐渐增大；随着螺旋线间距的减小、螺旋线直径的增大，斜拉索的气动稳定性有所提高；湿润状态导致缠绕螺旋线斜拉索的临界区提前，对其最小阻力系数的影响不明显。关键词：斜拉索；粗糙度；螺旋线；高雷诺数；气动力；风致振动AbstractThenumberandlengthofstaycablesincreasewithdevelopingspanofcablestayedbridge.Thewin

7、dloadsonstaycableshavebeingdominatedinthecable-stayedbridges.Forexample,thecontributionofwindloadsonstaycablesexceedshalfofthewindloadsonthewholebridge.Duringitsservice,thevariationofthesurfaceconditionleadstosignificantlyinfluencetheaerodynamicforcesonstaycables.Soitisnecessa

8、rytoaccuratelycalculatethewindloadsonstaycables.Sinceitshighf