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《哈尔滨工业大学》 2009年
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斜拉索风雨激振的试验研究与数值模拟

陈文礼  
【摘要】:斜拉桥是大跨度桥梁结构的主要桥型之一,斜拉索是斜拉桥最关键的构件,但其在风或风雨联合作用下易发生多种形式的复杂振动,从而产生疲劳累积损伤、抗力衰减、并导致附属结构的破坏,极大地影响斜拉桥的服役安全和服役寿命。在斜拉索各种形式的振动中,拉索风雨激振仍是目前研究的热点;此外,随着斜拉桥跨度的增加,斜拉索的长度亦愈来愈长,考虑风速剖面的斜拉索风致振动也是桥梁工程研究的重要课题。本文首先采用风洞试验和CFD数值模拟系统研究斜拉索的风雨激振;然后采用CFD数值模拟方法研究考虑风速剖面的斜拉索涡激振动。本文主要研究内容包括: 首先,研究一套实时监测斜拉索风雨激振时其表面水线特征的超声波测厚系统,并分析其基本原理;分析系统采样频率、脉冲发射接收器的脉冲重复频率,斜拉索直径以及微型马达转速对超声波测试系统精度的影响;提出水线特征的反射面旋转测量法和反射面定点测量法;给出典型水线信号分析方法。 其次,进行斜拉索风雨激振风洞试验,监测斜拉索表面水线超声波信号;研究斜拉索水线超声波信号处理方法,揭示风雨激振过程中水线的变化规律;统计分析水线的几何特征和动力特征,包括几何形状、厚度、宽度、振荡的平衡位置、频率和幅值等。 第三,分析不同风速下斜拉索的上水线状态,揭示上水线状态与斜拉索风雨激振之间的关系;研究上水线几何特征与斜拉索风雨激振之间的关系;揭示斜拉索风雨激振与上水线振荡频率、振动幅值、平衡位置和相位之间的相关性;通过流体动力学边界层理论推导上水线和斜拉索之间的摩擦阻尼力,考虑脉动风的影响建立修正的上水线振荡分析模型,研究脉动风对上水线振荡幅值的影响,并与风洞试验结果对比,验证修正模型的正确性。 第四,提出物理试验与CFD数值模拟的混合子结构方法,分析其基本原理。通过与圆柱涡激振动的流固耦合方法结果进行比较,验证CFD数值模拟混合子结构方法的可行性;基于斜拉索风雨激振风洞试验,研究斜拉索风雨激振的CFD数值模拟混合子结构方法,分析斜拉索风雨激振的绕流场特性(包括气动升力系数和气动阻力系数及其变化规律和动力特性、风压场分布、尾流旋涡结构和脱落模式)、以及上水线对绕流场特性的影响,并与粘贴人工雨线的斜拉索风雨激振风洞试验结果进行对比,分析比较实际斜拉索风雨激振气动参数与粘贴人工雨线的斜拉索风雨激振气动参数的差异及其机理。 最后,采用有限元程序ANSYS和计算流体动力学程序CFX对考虑风速剖面的CFRP斜拉索涡激振动进行流固耦合方法的CFD数值模拟,斜拉索沿高度形成升力系数频率锁定与非锁定区域,分析升力系数,压强分布及旋涡脱落在频率锁定区与非锁定区域的变化规律。基于流固耦合方法的计算结果,研究考虑风速剖面的斜拉索涡激振动的CFD数值模拟混合子结构方法;分析比较该方法与流固耦合方法计算得到的斜拉索气动力的差异及其计算效率。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U446.1

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【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 何长江;柔性立管涡激振动试验与数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 周峰;大跨度空间钢膜结构健康监测研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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2 张二辉;张素侠;刘习军;;斜拉桥拉索风雨激振问题研究现状[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
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7 李鑫;梁力;王福春;;钢拱塔斜拉桥动力特性试验与数值模拟研究[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
8 鲜荣;廖海黎;;大尺度扁平箱梁节段模型涡激力半经验模型应用[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
9 葛耀君;;大跨度桥梁抗风的技术挑战与精细化研究[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
10 黄继民;林志兴;项海帆;;南京长江二桥辅助索减振效果分析[A];中国土木工程学会市政工程分会1999年学术交流会论文集[C];1999年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 习勇;大跨度混合梁独塔斜拉桥地震反应分析及减震措施研究[D];长沙理工大学;2010年
10 李猛;桥梁拉索安全性能鉴定技术研究[D];华南理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 黄慰军;黄镇;崔彩霞;冯志敏;李秦;王蕾;;新疆雪密度时空分布及其影响特征研究[J];冰川冻土;2007年01期
2 闫维明;王卓;何浩祥;;空间结构模态局部化和跃迁现象及分析[J];北京工业大学学报;2009年12期
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4 陈政清,柳成荫,倪一清,王修勇,伏晓宁;洞庭湖大桥拉索风雨振中的风场参数[J];铁道科学与工程学报;2004年01期
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7 徐枫;欧进萍;;方柱非定常绕流与涡激振动的数值模拟[J];东南大学学报(自然科学版);2005年S1期
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10 李寿英;顾明;陈政清;;准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型[J];工程力学;2007年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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1 林雪纲;平面流动高精度算法的精度和瞬态模拟特性研究[D];浙江大学;2002年
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7 周雨斌;网架结构健康监测中传感器优化布置研究[D];浙江大学;2008年
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9 麻宏波;火灾下钢框架结构的温度场与整体效应分析[D];西安建筑科技大学;2009年
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【二级引证文献】
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1 周峰;陈文礼;李惠;;基于混合子结构方法的充气膜结构气动特性[J];哈尔滨工业大学学报;2012年08期
【二级参考文献】
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1 王修勇,何旭辉,陈政清;斜拉索-阻尼器系统的动力特性分析[J];长沙铁道学院学报;2001年04期
2 王修勇,陈政清,高赞明,倪一清;磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究[J];工程力学;2002年06期
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5 王代华;采用半主动斜拉索控制柔性梁的横向振动[J];固体力学学报;2000年03期
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9 李寿英,顾明;斜、直圆柱绕流的CFD模拟[J];空气动力学学报;2005年02期
10 王修勇,陈政清,何旭辉,陈勇,黄方林;洞庭湖大桥风雨振减振试验研究[J];桥梁建设;2002年02期
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1 毕继红;尹元彪;李记忠;;限位装置对斜拉索风雨激振的减振研究[J];中国港湾建设;2009年05期
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5 李寿英;陈政清;顾明;;斜拉索风雨激振中拉索和水线之间的耦合运动[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(中册)[C];2007年
6 刘庆宽;乔富贵;;轴向流对斜拉索气动稳定性影响的试验研究[A];第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2008年
7 刘庆宽;;斜拉桥斜拉索风雨振激励机理的研究——利用数值分析方法分析水线对索周围流场的影响[A];第十七届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2006年
8 郭志辉;邱文珊;;昂船洲大桥拉索风雨激振及气动措施的风洞试验研究[A];第十六届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2004年
9 张二辉;张素侠;刘习军;;斜拉桥拉索风雨激振问题研究现状[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
10 赵鹏飞;郝成新;钱基宏;赵基达;张维嶽;翟彬;;浙江省黄龙体育中心主体育场斜拉索锚固节点模型试验研究[A];第九届空间结构学术会议论文集[C];2000年
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1 本报记者 张孔生;扬州又添一座斜拉索大桥[N];扬州日报;2011年
2 ;苏通长江公路大桥[N];中华建筑报;2010年
3 Janice L.Tuchman Neelam Mathews;漫长“跨海行动”终达彼岸[N];建筑时报;2009年
4 周建中王晴;世界最长斜拉索完工下线[N];江阴日报;2007年
5 古月;法尔胜自主创新造出世界最长斜拉索[N];无锡日报;2007年
6 通讯员 王磊 武立康 记者 童云;国产斜拉索用钢首次打破进口产品垄断[N];中国冶金报;2005年
7 记者 梁为 实习生 陈晓 通讯员 覃泽明;白沙大桥新斜拉索更换完毕[N];广西日报;2006年
8 黄异威;沙河大桥璀璨容颜亮相[N];营口日报;2008年
9 通讯员 石治荣 张晓华;无锡惠澄路葑溪大桥正式通车[N];建筑时报;2010年
10 记者  习少颖 通讯员  王自民 洪芬;高宗余:跨越江海[N];湖北日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈文礼;斜拉索风雨激振的试验研究与数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2009年
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3 徐枫;结构流固耦合振动与流动控制的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 李小超;海底管线悬跨段涡激振动响应的实验研究与数值预报[D];大连理工大学;2011年
5 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 何长江;柔性立管涡激振动试验与数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 李志江;碳素纤维复合材料(CFRP)斜拉索非线性振动特性和参数激励研究[D];华中科技大学;2011年
8 宋吉宁;立管涡激振动的实验研究与离散涡法数值模拟[D];大连理工大学;2012年
9 张永波;深海输液立管涡激振动预报及抑振技术研究[D];中国海洋大学;2011年
10 李伟义;斜拉索风雨振的非线性动力学研究[D];天津大学;2011年
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1 董学武;超大跨径斜拉桥斜拉索振动特性及减振措施研究[D];同济大学;2007年
2 熊蓉;斜拉索的非线性振动分析[D];长沙理工大学;2011年
3 王妍;基于CFD的斜拉索气动特性研究[D];西南交通大学;2011年
4 杨瑞;桥梁主梁涡激振动理论预测模型研究[D];湖南大学;2011年
5 王微微;考虑平面旋转和顺流向振动的海洋立管涡激振动数值模拟[D];天津大学;2012年
6 胡克;基于涡激振动实验的渔场浮体水动力数值模拟[D];大连理工大学;2010年
7 黄泽超;碳纤维布加固斜拉索性能研究[D];长安大学;2011年
8 孙文峰;基于强迫振动测力的斜拉索风雨激振机理研究[D];湖南大学;2011年
9 张二辉;斜拉索的风雨激振与索桥塔耦合参数振动研究[D];天津大学;2012年
10 秦伟;涡激振动的非线性振子模型研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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