斜拉索风雨激振问题研究综述

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1、斜拉索风雨激振问题研究综述摘要：从现场观测、风洞试验、理论分析和CFD数值模拟四个方面对斜拉桥拉索风雨激振问题的研究现状进行了概括和总结，分析了已有的研究成果，对今后的研究方向提出展望，供相关研究人员参考。关键字：斜拉桥，拉索，风雨激振1.引言斜拉桥是一种由三种基本承载构件，即梁（桥面）、塔和两端分别锚固在塔和梁上的拉索共同承载的结构体系，以其结构受力性能好、跨越能力强、结构造型多姿多彩、抗震能力强及施工方法成熟等特点，而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一，在桥梁工程中得到了越来越多的应用。由于斜拉索质量、刚度和阻尼都很小，随着斜拉桥跨度

2、的增大，拉索振动问题的影响口益显著。在各种振动情况中,风雨激振是拉索风致振动中最强烈的一种，口风雨激振的起振条件容易满足，振幅极大，对桥梁的危害最为严重，因而关于斜拉桥拉索风雨激振的研究得到了国内外学者的广泛重视。风雨激振是指干燥气候下气动稳定的圆形截面的拉索，在风雨共同作用下，由于水线的出现，改变了拉索的截面形状，使其在气流中失去稳泄性，由此发生的一种大幅振动。1.研究现状2.1.现场实测现场观测是最早用于研究风雨激振的手段。它可以获得拉索风雨激振最准确的特征，为验证风洞试验和理论分析研究结果的真实性、可靠性提供宝贵的资料。Hikami等［1］对日本名

3、港西(MeikoNishi)大桥的实测。20世纪80年代，在日本建造名港西大桥的过程中，发现了比较严重的风雨激振现象，Hikami等选取了其中24根索进行实测，对该桥进行了为期5个川的现场实测，实测内容包括索而的拉索振幅。Main和Jone［3］对美国FredHartman桥的斜拉索风雨激振记录。进行了16个月的现场监测，分析了记录的5000组5分钟时程的斜拉索加速度和气象资料。陈政清［4］等对洞庭湖大桥的实测。口2001年1月至2004年4月，陈政清在国家自然科学基金资助下，与香港理工大学合作，在岳阳洞庭湖大桥上进行了连续4年的风雨激振观测研究。通过研

4、究国内外专家对风雨激振现场观测的结果，得出了一些结论：（1）与拉索振动形态的关系。进入稳定的人幅振动后，其波形犹如甩鞭状，拉索表面会形成振荡的水线，表现为低阶振型。（2）与环境参数的关系。风雨激振存在起振振动，只在一定风速范围内发生；在无雨情况下，很少观测到风雨激振，而且雨量为小到中南情况观测到风雨激振次数最多。（3）与拉索本身参数的关系。风雨激振的振幅大小与拉索的表面材料、长度、风偏角和倾斜方向等参数有关。2.2.风洞试验按照水线的模拟方法，研究风雨激振的风洞试验可分为两种类型：人工降雨试验和人工水线试验。1.人工降雨试验人工降雨试验是在风洞内通过人工

5、模拟降雨，提供与实际拉索发生风雨激振相类似的风雨条件，对通过弹簧悬挂在固疋支架上的拉索节段模型进行的一种试验形式。2.人工水线试验人工水线试验是在风洞内对带有人工水线的拉索节段模型进行的一种试验形式。根据人工水线-与拉索的连接形式和试验的测量内容的不同，人工水线试验可分为：固定人工水线测振试验、固疋人工水线测力试验、固泄人工水线测压试验和运动人工水线测振试验。2.3.理论分析目前关于斜拉索的风雨激振问题形成机理大致可分为如下几类观点：1.驰振机理日本的Hikami与Shiraishi［1］1985年在Meiko.Nishi桥最先观测到风雨激振现象。随后他

6、们通过一系列的人工降雨风洞实验再现了这一现象。他们在实验的基础上初步分析了风雨振的发生机理，认为风雨激振可能有两种机理：一种是DenHartog驰振机理；另一种是弯扭两个自由度驰振机理。2.上水线振荡诱发机理H.Yamaguchi［6］认为单自由度DenHartog驰振理论不能解释风雨振的形成机理水线是风雨激振不可缺少的条件，当水线的振荡频率接近于拉索的自振频率时，水线与拉索之间的相互作用导致斜拉索产生负阻尼，引发斜拉索发生大幅振动。Peil,U.&Nahrath,N［8］认为上水线的运动是导致风雨振的主要原因。Seidel等［9］指出当风速大于某个限制

7、,流动不存在转变，这时不会发生风雨激振；发生风雨激振的速度下限是由风偏角和拉索倾斜角决定的。3•上水线特定位置致振机理顾明和杜晓庆［10］建立了二维拉索风雨激振的准一.自由度运动方程，气动力系数根据带人工水线三维拉索模型试验得到，分析了水线平衡位置和水线振幅的取值，采用数值求解方法计算了拉索风雨激振振幅，得出了水线特定位置是引起索结构大幅振动的主要因素的结论。4.涡激振动机理DelongZuo［U］揭示了风雨激振与高风速下干索涡激振动之间的联系，认为风雨激振的内在机理与涡激振动的相同，与降水无关。由于风偏角和拉索倾角的存在使得这种涡激振动不同于经典卡门涡

8、脱，是一种三维涡激振动。2.4.CFD数值模拟风工程的研究方法中数值模拟是最近3