斜拉索的风荷载和风致振动问题在工程设计和抗风研究领域备受关注,探索具有较小气动力和良好抑振性能的新型斜拉索十分必要.针对某一特定几何尺寸的波浪形斜拉索,通过风洞试验方法,研究了该波浪形斜拉索的整体气动力、风压分布、局部气动力、涡激振动和干索驰振特性.结果表明在1.00×105~3.86×105的雷诺数范围内,波浪形斜拉索的平均阻力系数总体而言小于标准斜拉索,在低雷诺数范围可减阻18%,最大平均升力系数相比标准斜拉索可降低80%;波浪形斜拉索的风压分布、气动力随雷诺数的整体变化规律与标准斜拉索相似,但展向相关性较弱;波浪形斜拉索的涡激振动性能显著优于标准斜拉索,最大振幅降低34%,最大振幅对应的风速提高了16%;干索驰振性能与标准斜拉索的结果相当,最大振幅可减小5%,但发生振动的风速范围更宽.

涡激振动(vortex induced vibration,VIV)是大跨度桥梁常发生的一种振动,易造成结构疲劳破坏,掌握主梁外形对涡激振动的影响十分必要。为了研究不同位置桥侧护栏对闭口流线型箱梁涡激振动特性的影响及作用机理,通过节段模型风洞试验,分别研究了桥侧护栏位置下主梁的涡激振动响应、风压分布、升力系数、气动力相位差及涡激振动贡献系数。研究结果表明,迎风侧护栏内移有利于抑制竖弯涡激振动,但背风侧护栏内移会略微增大涡激振动响应。迎风侧护栏内移会降低主梁升力绝对值,增加气动力相位差的离散性,也降低各位置的涡激振动贡献系数,这被认为是涡激振动被抑制的原因。

为研究栏杆高度对流线型箱梁涡激振动性能的影响并揭示其机理,通过节段模型风洞动态测压与测振试验,研究了流线型箱梁涡振响应、平均和脉动风压系数、频域特性以及局部升力对涡振的贡献系数分布情况.结果表明安装栏杆后主梁表面的平均风压系数增大,脉动风压系数变化复杂,脉动风压卓越频率与模型自振频率基本一致,局部升力对涡振的贡献作用增大,使主梁涡振加剧;栏杆高度的变化对主梁表面平均风压系数基本没有影响,但对其脉动风压系数的分布规律及脉动压力功率谱幅值有较大影响;栏杆高度的变化,使主梁上表面前部和尾部区域的局部升力对涡振贡献程度呈现出显著差异,当贡献值增大时,主梁涡振响应增大.当栏杆高度为45%的梁高时流线型箱梁的涡振幅值最大,在此基础上适当降低或增大栏杆高度均有一定的抑振效果,降低栏杆高度效果更好.研

针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况,以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景,通过风洞测压试验方法,研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况,同时也分析了桥面临空侧栏杆高度变化对主梁三分力系数的影响规律。研究结果表明施工态的主梁平均升力系数与平均力矩系数会随着风攻角的增大而增大;成桥态的主梁三分力系数在涡振区间内(Re=2.92×104~4.05×104)变化较为复杂;随着雷诺数的增大,平均升力系数和平均力矩系数基本上呈现出栏杆高度越大其系数越大的趋势。

涡激振动(VIV)是大跨度桥梁在低风速时易发生的具有强迫和自激双重性质的自限幅风致振动现象,桥面栏杆因其会改变主梁的气动外形而对涡激振动有显著的影响。为了揭示倾斜栏杆对流线型箱梁涡激振动特性的影响及作用机理,采用节段模型风洞测压和测振试验方法,研究不同倾斜角度栏杆对流线型箱梁涡振特性和表面风压的影响,分析了主梁涡振响应、平均和脉动风压分布、局部气动力与涡激力的相关性和贡献系数以及相位差。结果表明当人行道栏杆内倾时,倾斜角度越大,抑振效果越显著。当人行道栏杆外倾时,外倾10°的主梁抑振效果优于外倾20°的主梁;相比常规的垂直栏杆,栏杆向内倾斜20°和向外倾斜10°有显著抑振效果的原因主要有主梁上、下表面的脉动风压系数大幅度较低,最多降低了61.54%;在主梁上表面大部分区域,局部气动力与涡激力的相关性系数

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现,平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近,而平均升力系数为0,临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小,对应地,平均升力系数从0增加到最大值又降低到0;对于脉动气动力系数,处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力,意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向;平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称−不对称−对称的变化过程,体现了层流分离−单侧湍流分离−双侧湍流分离的变化规律,是平

桥梁的气动选型对于大跨度桥梁建设影响重大,准流线型桥梁断面具有较好的气动外形。为了进一步探究该种断面的气动特性,选取某个大跨度桥梁准流线型桥梁断面为研究对象,通过风洞试验测得模型表面风压分布,并分析其变化规律。结果表明模型上表面前半部分存在明显的气流分离与再附;下表面仅存在分离过程,没有出现再附;模型上表面腹板和下表面左侧斜腹板存在较大脉动值,可能会对桥梁风致振动问题造成不利影响。

斜拉索具有长细比大、柔度大、阻尼小等特点，其风荷载和风致振动研究具有重要工程意义。通过测力和测振风洞试验，对具有特定形状、尺寸凹痕的斜拉桥斜拉索气动力和风致振动性能进行了研究，分析了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索平均阻力系数和平均升力系数的影响规律，研究了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索临界区振动特征值（振幅和平衡位置）的影响规律，结果表明:风攻角对具有凹痕斜拉索的气动力系数随雷诺数变化曲线影响明显，30°和60°风攻角下，临界雷诺数减小，临界区宽度增加;在试验雷诺数范围内，具有凹痕斜拉索在不同风攻角下最大振幅差别较大，60°风攻角时最大，30°风攻角时最小，而平衡位置偏移最大值在各个风攻角下基本相同。

为了研究包括圆柱体和正多边形的二维细长柱体的气动力特性,对具有5种不同表面粗糙度的圆柱体和4种正多边形(12、16、20、24)柱体进行了风洞模型测力试验。对于圆柱体,分析了雷诺数和表面粗糙度对其气动力特性影响规律;对于正多边形柱体,分析了雷诺数、风攻角以及正多边形边数对其气动力特性影响规律。结果表明:圆柱体表面粗糙度对气动力特性具有明显影响,随着粗糙度增大,阻力系数减小,雷诺数效应减弱;在特定风攻角下,各正多边形柱体气动力系数随雷诺数均变化不大;在试验雷诺数范围内,正多边形柱体的气动力系数随风攻角变化不大;就整体趋势而言,正多边形柱体随着边数增加平均阻力系数减小,平均升力系数增加。