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斜拉桥拉索系统风致振动的研究

王霞  
【摘要】:由于斜拉桥的大量修建,拉索的应用更为广泛。而作为受拉构件的拉索由于质量小、刚度小、阻尼小等特征,容易产生强烈的风致振动,成为工程界十分关注的问题。本文对其产生的机理进行了深入地研究,主要内容包括以下几个方面。 1.讨论了拉索风致振动的一些重要研究方法和近期的一些研究成果,对有待于进一步研究的问题及发展前景,做了分析和预测。 2.针对在干燥气候下稳定的拉索,而在风和雨共同作用下将产生大幅振荡这一现象,运用弹性力学和空气动力学的知识,建立了拉索与雨线耦合振动的非线性方程组。采用Runge-Kutta法对该方程组进行了数值计算。得到了系统的时间历程曲线及幅频曲线等,对系统的动力学特性及产生机理进行了初步分析。结果发现,拉索的风雨激振主要与风速、风速偏航角、上水线的平衡位置及空气密度等因素有关。 3.当桥面的振动频率与拉索的振动频率成比例关系时,拉索也可能产生大幅振动。针对这一现象,建立了索桥耦合振动的非线性方程组。利用数值计算得到了索桥频率比在1:1和1:2共振下的拉索与桥面的时间历程曲线和幅频曲线等,结果表明拉索共振幅值的大小主要与索桥频率比、拉索固有频率、桥面初始位移,风速大小等因素有关。 4.采用平均法对索桥耦合系统的1:2共振进行理论分析,并根据得到的一次近似解,分析了拉索的幅值与频率比和风速大小之间的关系,从理论上进一步解释了索桥耦合共振产生的机理,其结果与数值解基本吻合。 5.根据奇异性理论,对系统的分岔方程进行了分岔行为的分析和讨论,得到了多种转迁集和分岔图,较为全面地了解了索桥耦合系统的分岔特性,建立了系统参数与拓扑分岔解之间的联系,为系统的设计和分析提供了理论依据。 通过对拉索系统的建模分析,研究了拉索风雨激振和索桥耦合共振产生机理的研究,其数值解和解析解结果基本吻合。


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