风工程与工业空气动力学杂志。
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在交互涡流感应振动中，平行斜拉桥固有频率的相对差异效应
金公园 Ho-Kyung Kim *。
韩国首尔学院，安全与环境研究中心，汉城研究所，57号，北朝鲜，3400 -gil, seochogu，首尔06756。
韩国首尔国立大学韩国桥梁设计与工程研究中心。
汉城国立大学土木与环境工程学院，Gwanak-ro, Gwanak-gu，首尔08826，韩国。
关键词: 涡流， 风，振动，平行斜拉桥，频率，风洞试验
摘要
本论文主要研究涡激振动(VIV)在平行双斜拉桥上的影响。通过风洞试验，研究了在VIV中平行甲板的固有频率设置中相对差异的影响。两层的固有频率的差异用频率比(FR)来表示，频率比(FR)是由上游甲板的固有频率与下游甲板的固有频率之比所定义的。研究了6个不同FRs值，以覆盖两层甲板固有频率的所有可能的相对差异范围。用标准化参数检验了两层甲板的交互运动，从流体和结构动力学的角度论证了平行双斜拉桥复杂VIV的基本力学。
1.简介：
在过去30年里，由于进行的一系列成功的规划和建设项目，在世界各地的桥梁上，桥梁空气动力学的知识得到了极大的扩展。桥面的形状已经逐渐变为抑制颤振的不稳定性，即使是在超过3公里长的桥梁。人们也可以细心观察出来其中具有的现代空气动力甲板部分的原型，他是与颤振相关的问题而相互联系的，但涡致振动(VIV)的问题解决任然依赖于曾经的经验，并在最近持续受到关注。由于甲板之间复杂的相互作用，VIV在平行的斜拉桥梁上引起了许多关注。Kimura et al.(2008)对VIV在平行桥上的运用潜力进行了描述，并且在2011年在平行斜拉桥的上游甲板上对VIV的实际观测之后进行了深入的调查。Seo等人(2013)在风洞中成功地再现了VIV，并证明了VIV可以被平台的平行排列放大。在后续的研究中，Kim等人(2013)通过对从桥梁获得的数据进行实地监测，成功地证明了交互式VIV的存在，并将上游甲板的低水平固有阻尼比描述为对高层振动的另一个潜在贡献。孟买(2011)，阿根廷等人(2015)和Dallaire等人(2016)也进行了平行平台的交互式VIV的研究。公园(2017)表明，一直以来这种振动的参数之一的距离之间差距存在于两个甲板,距离5到7倍的深度，上游甲板严重影响了交互式并行，韦夫斜拉桥的研究证明了木村et al .(2008)。Park et al.(2017)的结果正确性。并且成功地证明了在甲板振荡期间，脆弱的间隙距离与一个涡流的移动距离密切相关。另一个可以在交互式VIV中发挥重要作用的潜在参数是两层的固有频率的相对差异。在2011年的研究中，上游甲板的固有频率比下游甲板低一点。Kim et al.(2013)认为，两层甲板之间可能发生的复杂的相互作用已经在操作现场监测和风洞中得到确认，而且似乎受到两层甲板频率的相对差异的严重影响。在这些结果的基础上，我们通过聚焦于自然频率的相对差异，来研究平行甲板上的交互式VIV。所研究的频率差异涵盖了所有有意义的案例，从而使交互式VIV的基本机制得以实现。
图1 截面模型的尺寸(mm)(括号中的值表示原型的尺寸):(a)下游的B1in和上游的B2。
2.试验装置
被调查的桥梁有平行的斜拉桥，暴露于侧风。下游和上游的甲板分别被称为B1和B2，因为B1是在1984年建造的，B2在2005年被添加，这就实现了双桥的概念。在这些桥梁的地区盛行西北风。风洞试验的两组模型与之前几项研究中使用的模型相同(Seo et al.， 2013;金正日et al .,2013;公园et al .,2017)。截面模型长度为:Lm=LP=36，其中Lm和Lp分别表示模型和原型的长度。模型的长度为0.9 m，这相当于原型的长度为32 m。两层甲板均设有护栏、扶手、检查导轨、导叶和锚索锚地。所有的细节都在模型中得到了正确的反映。每一个截面模型都配有两个端板，宽度分别为0.40 m和0.13 m，以保证截面模型的二维流动条件。截面模型的几何尺寸和尺寸如图1所示。这两层甲板被放置在风洞中，如图2所示
B2被设置在上游位置。甲板之间的中心到中心距离为618毫米，这相当于为原型建造了22.25 m的距离。在2011年的研究中，这种设置符合意外的VIVs的条件，这促成了一项调查。
桥梁(Seo等，2013)。这两个截面模型分别安装在允许垂直和扭转运动的弹簧支撑系统上，尽管在本研究中只考虑垂直的viv。设置参数如表1所示。在原型尺度上B2的固有频率为0.436 Hz, B1的自然频率略高于0.513 Hz。因此，两层甲板的频率比为0.436 Hz/0.513 Hz =0.85。由于该研究考察了两个平行桥的交互VIV频率比的影响，因此对距离-频率比的定义和考虑都很重要。两层的固有频率的差异用Eq.(1)定义的频率比(FR)表示。
FR =上游甲板的频率/下游的频率= f2 / f1
在本研究中，我们考虑了6个FRs: 0.63、0.86、0.94、1.00、1.08和1.96。A FR =0.86符合被调查桥梁的竣工情况。实际风洞试验中剖面模型的设置频率总结为表2。如表2所示：
B2的频率基本固定在4 Hz，而B1的频率被改变以达到目标FR。然而，在B2中，频率为5.26 Hz的频率略有不同，分别为0.94和1.00。为了更好地观察振动，两个甲板的阻尼比保持在0.1%的最低水平。在这一点上，值得一提的是，当考虑到两层的相似形状时，目前对不同的FRs的交互式VIV的测试，便涵盖了不同风向的影响。
图2 在风洞中布置两个甲板(括号中的值表示原型的尺寸)。
3两个甲板之间的交互动作检查FRs。
3.1不同FRs A-V曲线的变化。
图3显示了不同FRs的两层甲板的幅速(A-V)曲线的变化，在主甲板上充分发展涡激振动时，垂直运动受到了根均方(RMS)值的监测。由于两个甲板的锁定风速随甲板的实际安装频率而变化，如表2所示，大部分结果都是为了数据分析的一致性而降低风速。例如，图3中的横坐标与两个甲板的B2的深度(D2)和固有频率(f2)进行了标准化。垂直运动的RMS响应也在两个甲板的D2中被标准化，如图3所示。根据图3,B2的锁定风速范围约为9 到2。不考虑FR，仅关注B1的变化。固定范围的减少风速B2只是由于减少风速被规范化的B2(f2)的固有频率,但值得注意的是,B2的运动不受FR的振幅或锁定风速范围影响。反而B1的振幅受FR的影响很大，如图3所示。
3.2 FR = 0.63和1.96
两个甲板的锁定风速度是完全独立的,如图3所示(a)和(f)。尽管两个甲板铺设的顺序正好相反,激振动的振幅在甲板基本上是相同的。这意味着，当两个甲板的锁定风速范围在固有频率上有显著差异时，每个甲板将显示一个独立的运动。
3.3从0.63到0.94的FR分别为 0.86和0.94的情况下
两层甲板上的近自然频率接近于接近的固有频率，两个甲板的锁相风速度是重叠的。因此，不仅锁住风速的范围，而且B1的振幅也受到了严重的影响。在FR 0.86的情况下，VIV首先在B2中开始，随着风速的增加被转移到B1。当B2达到最大VIV时，B1的振动甚至被停止在风速的潜在锁定条件下。当FRfrac14;0.86,这事实上asbuilt条件近似的桥,这是彻底调查通过风洞试验和现场监测在先前的研究(Seo et al .,2013;金正日et al .,2013;公园et al .,2017)。当FR达到0.94时，两个甲板的锁定速度几乎相同，B1的运动受到B2运动的严重干扰，导致观察到病例的最小振幅。图4和图5显示了两层甲板的运动时间和运动频率分量，风速减小为9.6。在这个风速下B2的振幅比B1大。B1并不符合合现象观察,因为两个相邻频率成分在运动——一个是自然频率的B2,这证明了动态频率分量B1兴奋的锁定涡轨迹产生B2,而另一个是B1本身的固有频率调谐。Kim et al.(2013)报道了这一跳动的运动，并将其作为与FR =0.86的桥梁的竣工条件。对于减小形式的11.1风速，两层的运动时间历史和运动频率成分如图6和图7所示。B1的振幅增加，超过B2的振幅。在B1中仍然观察到运动频率的两个组成部分，这再次导致了一个节拍运动。
图3 桥的反应根据风速FR=0.63(a),(b)FR=0.86,FR=0.94(c),(d)FR=1.00,FR=1.08(e),(f)FR=1.96。
图4 (一)时间历史的垂直位移和(b)缩放图像V / f2D2 9.6和FR=0.94。
图5 规范化的谱密度的垂直位移B2(a)和(b)B1 V / f2D2 9.6和FR=0.94。
图6 (a)垂直位移和(b)变焦图像在V/f2D2 1.1和FR =0.94的时间历史。
图7 (a) B2和(b) B1在V/f2D2 ?11.1和FR =0.94的归一化垂直位移的光谱密度。
3.4. FR=1.0
FR=1.0,如图3所示(d)是一个独特的案例。B1中的VIV达到了观察到的病例中最大的振幅。图8和图9显示了两个甲板上运动的时间历史。由于这两个平台的振动频率相同，如图10所示，B1的运动最终被调整为B2的运动，在这一阶段，每个人都经历了振幅的最终交互振动。当FR值高于1时，首先在B1中观察到振动，如图3(e)所示。图11和图12显示了两层甲板的运动时间和运动频率分量，风速减小了9.1。每一副牌都显示了其固有频率的运动，如图12所示。随着风速的进一步增加，B2进入了锁相现象，并受VIV的影响，风速减小了9.4。此时，由于B2的运动诱导涡，B1的VIV突然降低，如图3(e)所示。图13和图14显示了两层甲板的运动时间和运动频率分量，风速减小为9.4。这两种频率成分的复杂性又一次导致了节拍现象B1。
38/5000
图8 时间历史FRfrac14;= 1.00。
图9 图中(a)区域I、(b)区域II、(c)区域III和(d)区域IV的时间历史
图10 规范化的垂直位移的谱密度V / f2D2=9.6和FR=1.00。
3.6.对不同FRs的交互动作的总结
图15显示了两层甲板上的VIVs的起始风速。图15中风速减小，每一层的固有频率归一化。如Fig. 15 (a)所示，B2的起始风速不受FR变化的影响，B1的起始风速分布也一致，除了FR =0.94这组数据外，其值略有增加。
图16还显示了A-V曲线，每一层的固有频率归一化，用于检测的FRs，通过归一化，每一层的固有频率的降低速度，阐明了FR对每个甲板的viv的影响。在B2中，viv的归一化运动几乎与FR相一致，如图16 (a)所示，而B1则在振幅和锁在风速范围内变化，如图16 (b)所示。
然而，值得一提的是，即使B2并没有受到B1运动的影响，B1的存在对导致B2中被放大的VIV是至关重要的。作为参考，仅B2的VIV就显示在图16 (a)的虚线中。这个解释对B1也是有效的，如图16 (b)所示。
由于B1的运动受到B2的显著影响，因此对B2的运动进行了额外的风洞试验。如图17所示，B1的运动呈现出均匀的模式，而不考虑FR，这意味着B1中复杂的交互式VIV是由B2产生的运动诱导涡引起的。
图11 (a)垂直位移和(b)变焦图像在V/f2D2 9.1和FR =1.08的时间历史
图12 规范化的谱密度的垂直位移B2(a)和(b)B1 V / f2D2 9.1和FR=1.08
图13 (一)时间历史的垂直位移和(b)缩放图像V / f2D2 9.4和FR=1.08
图14 规范化的谱密度的垂直位移B2(a)和(b)B1 V / f2D2 9.4和FR=1.08。
图15 在(a) B2和(b) B1中，VIV的起始风速。
4结论
在风洞试验中，研究了平行桥梁固有频率相对差异的影响。两层的固有频率的差异，表明在B2中涡激振动(VIV)的运动几乎是一致的，而对于B1则显示振幅的变化，以及在锁相风速范围内的变化。虽然上游甲板并不受B1运动的影响，但它的存在对于在B2中产生一个放大的VIV是至关重要的。与此相反，B1的运动受到B2的严重影响。当对B2的固定条件进行额外的风洞试验时，B1的运动也表现出一致的模式，因此，可以得出结论，B1中复杂的交互式VIV是由B2产生的运动诱导涡引起的。当两个甲板的频率相同时，B1达到了它的最大VIV运动。这一独特的条件是在一个阶段中开始的，其中由B2激发态B1产生的运动诱导涡旋。
图16 (a) B2和(b) B1的幅速曲线。
最后明确下，这项研究得到了韩国政府的土地、基础设施和运输部门的资助(17SCIP-B119964-02)，由韩国首尔国立大学的韩国桥梁设计与工程研究中心(KBRC)提供。作者们还感谢Acebedo Osorio Ralph先生在风洞测试中的支持。
引用
Argentini,T。罗基,D。Zasso,。,2015年。平行桥梁的气动干扰和涡激振动:在不同的翻新阶段的Ewijk桥。j .风Eng。印第安纳州,艾罗迪。147年,276 - 282。
Dallaire P.-O。、Taylorb Z.J.、Stoyanoffc年代。,2016年。动态悬架系统中串联桥面的分段模型试验。In:第8届国际空谈空气动力学和应用。东北大学,波士顿,麻萨诸塞州,美国。
金,中华民国金,香港平静,R。、公园、J。金,9李,位,2013年。两个平行斜拉桥的交互涡激振动的操作现场监
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