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.pdf

169．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 刘庆宽 (日本京都大学) 摘 要：在特定的风雨条件下。斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象。这种振动会造成 索一梁和索一塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题。因此。研究并明确斜拉索风雨振的机理。从 而找到这种振动的控制方法。已经成为紧迫的研究课题。本文从流场分析入手．利用数值分析的 方法。研究了索面存在7K线的情况下7K线位置不同时流场分布的变化和Karman涡强度的变化，以 及这种变化对索的振动的影响。 关键词：斜拉桥斜拉索 风雨振Karman涡 1 引言 斜拉桥斜拉索振动的机理比较复杂，振动形式也比较多，比如Karman涡致振动(Karman induce vortexinduced vibration) vibration)，尾流驰振(Wake galloping)，风雨激振(Rain—wind 等。其中风雨激振因为机理复杂，发生频繁，危害严重等，一直是桥梁科研工作者的研究热点 rivulet)，索背 之一。已知导致风雨激振的因素有降雨状态下索的上表面形成的水线(Water flowinthewakeofinclined 面形成的轴方向流(Axial cable)和沿索的径向Karman涡的非定 vortex cable dimensionalKarman axis)等[1]。关于水线的作用，有 常放出(3 sheddingalong 学者指出针对不同的水线位置，Karman涡的频率不同，而实际拉索表面的水线位置通常并不 固定和唯一，这样索周围不同频率的Karman涡耦合的结果，有可能每3，4个周期形成一个加 vortexinducedvi— 强的涡，这个低频率的加强的涡有可能引起高风速涡致振动(High—speed braiton)[引。另外，有的学者指出水线在索面周向摆动是导致风雨激振的原因[3]。据此，法国 的研究者对索面水线的形状大小及运动规律进行了研究，指出了水线运动的规律[4]。同时，日 1200 本的学者通过风洞试验研究了水线周向摆动对索振动的阻尼的贡献，指出水线摆动的振幅与 索振动振幅的相对大小比，水线摆动与索振动之间的位相差决定水线摆动是促进索振动还是 抑制索振动的关键因素[5]。最近的研究指出，在Karman涡的频率远高于索的固有频率的风 速条件下，Karman涡对索的振动有抑制作用，而对应不同的水线位置Karman涡的强度不同。 在特定的水线位置上，Karman涡的强度被削弱，这种情况下索容易发生发散振动口]。 Fluid Dynamics)，针对不同的水线位置，对索周围的流场进行了分析，指出水线位置与Kar— man涡特性的对应关系。 2数值计算方法 turbulence 总体来说，流体的数值计算方法有紊流完全数值分析法(FTS，full simula— numerical tion)、紊流的直接数值分析法(DNS，directsimulation)、雷诺平均数值分析法 numerical simu— (RANS，Reynolds averaged simulati