CN108301325B - 非一致性表面抗风斜拉索 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非一致性表面抗风斜拉索，其特点在于：在所述的斜拉索上每隔一定距离设置一个椭圆形的控制截面，相邻的控制截面的长轴方向相互垂直，形成了非一致的斜拉索表面。当来流风吹过结构时，斜拉索表面凹凸不平的变化使得尾流旋涡形成区的空间尺度沿着中心轴线展现出有规律的变化，这种变化减弱了流动沿中轴线方向的一致性，进而减小了斜拉索受到的气动力的脉动性，有助于斜拉索的抗风，实现了对斜拉索表面的优化。本发明结构简单，原理清晰，能够减小斜拉索的风致振动。
Description
技术领域
本发明涉及一种非一致性表面抗风斜拉索。
背景技术
随着科技的进步和经济的发展，大跨度斜拉桥和悬索桥越来越多，也导致桥梁的风致振动问题越来越突出。拉索作为斜拉桥的主要构件若长时间发生大幅的振动，会严重影响桥梁的使用寿命，影响行车安全。不仅如此，圆柱形结构还广泛应用在其他结构上，例如烟囱，海洋中的输油管等。这都细长的结构都容易在风或水流的作用下发生振动。
圆形断面在风荷载的作用下容易发生涡激振动，受周围拉索或桥塔尾流的影响还会发生尾流驰振。涡激振动是流体流过圆柱时在圆柱尾部产生交替脱落的旋涡，对圆柱作用了一个交替变化的动荷载，在动力放大效应下产生了振动。尾流驰振是来流风经过上游拉索或桥塔时产生了旋涡，旋涡作用在了下游拉索上，相当于对拉索作用了动荷载，也会产生大幅振动。虽然这些振动为限幅振动，短时间不会对结构造成毁灭性破坏.但由于其临界风速较低，因此发生十分频繁，容易造成结构疲劳破坏，长期作用将影响结构的使用安全。因此如何抑制圆柱振动，是工程界研究的热点问题。
随着对流动控制问题的研究，学者们提出了一些控制措施。按控制方式可粗略分为被动控制和主动控制。主动控制效果明显但需要外部能量输入，附加的主动控制设备使结构更加复杂，建设和维护费用较高。相比之下被动控制易于实现和管理。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种非一致性表面抗风斜拉索，改变了拉索周围的流场结构，减小所受到的动荷载，进而提高结构抗风能力。
本发明所采用的技术如下：一种非一致性表面抗风斜拉索，包括斜拉索，在所述的斜拉索上每隔一定距离设置一个椭圆形的控制截面，相邻的控制截面的长轴方向相互垂直，形成了非一致的斜拉索表面。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的椭圆形的控制截面的长短轴之比为1.1：1。
2、所述的控制截面之间的距离为两倍短轴长。
本发明的原理是：斜拉索每隔一定距离具有椭圆形的控制截面，相邻的控制截面的主轴相互垂直产生非一致表面的效果，在风吹过拉索的时候，若一个控制截面是长轴迎风则相邻的控制截面是短轴迎风，相当于圆柱的尺寸一直在变化，尾流漩涡形成区的长度在长轴迎风的截面处较长，而在短轴迎风的截面处较短。不仅如此，流动分离点的位置也有所变化，造成了旋涡脱落沿中心轴线方向的差异性，这种差异减弱了斜拉索尾流旋涡脱落的在中轴线方向的相关性，因此不同截面之间的脉动荷载的空间相关性降低，有利于减小气动力的变化幅值，减小动荷载。斜拉索是近圆形结构，当来流方向角改变时非一致表面仍然可以起到作用。
本发明小幅度的改变了圆柱表面，相邻控制截面是长轴方向相互垂直的椭圆，采用正弦函数确定控制截面之间的尺寸，从侧面看边界是正弦的波浪线，每个截面的截面积也保持在了大致相等的程度。
本发明的有益效果及优点是：本发明对流场的改变主要体现在沿中轴线方向的变化，改变的展向流场的相关性，变二维流动为三维流动，使得表面风压在模型上的合力减小，能够潜在的抑制模型振动，且结构简单，易于实现。当来流风经过斜拉索结构时，变化的表面使得尾流旋涡形成区的长度沿中心轴线方向有规律的变化，非一致表面破坏了这种流动的一致性，也减小了气动力的一致性，有助于减小斜拉受到的风荷载的脉动，实现了斜拉索的外形优化
附图说明
图1为非一致仿生表面新型抗风斜拉索示意图，
其中1、椭圆形控制截面，2、抗风斜拉索。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本发明是一种非一致性表面抗风斜拉索，包括斜拉索，在所述的斜拉索上每隔一定距离设置一个椭圆形的控制截面，相邻的控制截面的长轴方向相互垂直，形成了非一致的斜拉索表面。所述的椭圆形的控制截面的长短轴之比为1.1:1。所述的控制截面之间的距离为两倍短轴长。
该结构改变了传统的圆柱形斜拉索，控制截面是长短轴之比为1.1:1的椭圆，即短轴长为D,长轴长为1.1D，相邻控制截面间距为2D，相邻控制截面的长轴方向垂直，形成了表面非一致的结构。当来流风经过斜拉索结构时，变化的表面使得尾流旋涡形成区的长度沿中心轴线方向有规律的变化，这种变化也说明了斜拉索尾流区的旋涡结构不再是完全一致的，非一致表面破坏了这种流动的一致性，也减小了气动力的一致性，有助于减小斜拉受到的风荷载的脉动，实现了斜拉索的外形优化。非一致性表面斜拉索模型与标准圆柱模型的升阻力系数比较如表1所示：
表1
Claims (1)
1.一种非一致性表面抗风斜拉索，包括斜拉索，其特征在于：在所述的斜拉索上每隔一定距离设置一个椭圆形的控制截面，相邻的控制截面的长轴方向相互垂直，形成了非一致的斜拉索表面；所述的椭圆形的控制截面的长短轴之比为1.1；所述的控制截面之间的距离为两倍短轴长。
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