桥梁结构涡激共振的敏感性

发布时间：2022-02-08 12:01

　　2020年5月5日虎门大桥因施工临时架设水马产生了风致涡激共振（简称为涡振）现象,引发了社会舆论强烈关注。本文从涡振机理出发,讨论了桥梁主梁产生的涡振敏感性,依次阐述了涡振对桥梁主梁附属构件中的导流板、抑流板、检修轨道、栏杆、拉索等参数的响应程度,由此证实小尺度的水马也能造成虎门大桥大幅振动的潜在可能性。同时,介绍和探讨了结构阻尼比、来流攻角、湍流度与来流风速对涡振的影响,给出了相关桥梁阻尼比随时间变化的实际观测数据。分析得出多座桥梁结构发生涡振的原因与涡振自身的强敏感性密切相关。深入探讨了利用桥梁涡振控制与发电等装置,可以在对涡振进行安全控制的同时,实现能量的合理开发利用。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(04)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

桥的共振[3]

旋涡产生的原因与摩擦阻力有关。物体在平面上运动会存在摩擦阻力，风吹过物体也会受到物体提供的摩擦阻力。当风吹过物体表面时，在摩擦阻力的影响下，风速不断减小，这使得物体表面压力增大，摩擦阻力也随着增大，继而导致在摩擦阻力的影响下风速进一步降低。图2所示是一簇自左向右的风，由于物体表面存在摩擦阻力，靠近物体表面的风速不断减小。同时由于空气中的分子之间存在相互作用力，也就是黏性力，上层的风受到下层风的影响，速度减小，同时风向发生改变。当初始风速与黏性力大小满足一定关系时，从物体尾部脱离的风就变成了旋涡的形态。风在物体两侧尾部形成旋涡，当风速较小或黏性力较大时，两侧形成的旋涡较小，呈对称分布，如图3所示。当风速增大或黏性力减小时，形成的旋涡将逐渐增大。接下来将发生什么现象？1911年，科学家冯·卡门和希门茨通过试验发现，风绕经结构体后会形成交替排列、旋转方向相对的成对旋涡。为了纪念这一发现，将其称为卡门涡街，如图3、图4所示。图5为宽高比为1∶5的矩形在流场中产生的不同运动相位处的旋涡绕流图[4]。引入无量纲参数雷诺数（Re），雷诺数反映了来流空气微团的惯性力与黏性力之比，对旋涡脱落频率有着显著影响。

风在物体两侧尾部形成旋涡，当风速较小或黏性力较大时，两侧形成的旋涡较小，呈对称分布，如图3所示。当风速增大或黏性力减小时，形成的旋涡将逐渐增大。接下来将发生什么现象？1911年，科学家冯·卡门和希门茨通过试验发现，风绕经结构体后会形成交替排列、旋转方向相对的成对旋涡。为了纪念这一发现，将其称为卡门涡街，如图3、图4所示。图5为宽高比为1∶5的矩形在流场中产生的不同运动相位处的旋涡绕流图[4]。引入无量纲参数雷诺数（Re），雷诺数反映了来流空气微团的惯性力与黏性力之比，对旋涡脱落频率有着显著影响。图4 圆柱卡门涡街[5]


本文编号：3615031