考虑猫道气动干扰影响的悬索桥大尺度主缆施工期驰振数值与试验研究

The large scale main cables of suspension bridge have non-circular sections during the construction, so the galloping instability can happen and result in the security problem of constructors and construction equipments. The aerodynamic interference of catwalk on the main cable is researched. The galloping instability of the main cables can be controlled by the catwalk which is as additional aerodynamic device without increasing any devices. First, the aerodynamic interference effect of catwalk on the mean aerodynamic force coefficient of the main cables during the construction is investigated by the methods of the wind tunnel test and CFD. Second, the analysis method of the galloping for the building main cable is researched by the methods of theoretical derivation, the finite element and CFD. The worst conditions of the galloping instability about main cables which have the construction schemes of tip-top and flat-top type are optimized by operations research, finite element, the obtained mean aerodynamic force coefficient. Better construction schemes of tip-top and flat-top type is selected by comparison. In the end, the catwalk which has aerostatic stability and can control the galloping instability of the constructing main cables is chose. The research results can ensure the safety of the main cables in the action of the strong breeze and have the important science meaning and application value. The research results can shorten the time limit for the project and have economical significance and social benefit.

悬索桥大尺度主缆施工期截面形状并非成桥后的圆形截面，存在驰振失稳的可能性，这会导致施工人员、设备的安全问题和延长工期。研究猫道的气动干扰效应，并把猫道作为附加空气力装置，在保证猫道抗风的同时，不用额外增加任何装置，就可实现施工期主缆驰振控制。首先，采用风洞试验和CFD数值模拟的方法，研究猫道对施工期主缆三分力系数的气动干扰效应。然后，利用理论推导、有限元和CFD相结合的方法，研究施工期主缆任意风向驰振的分析方法；结合施工时主缆索股的实际安装进度和方案，运用运筹学方法、有限元和所得到的三分力系数，优化确定施工期主缆尖顶型和平顶型施工方案驰振的最不利工况；比较主缆两种施工方案的优劣，确定较好的主缆施工方案。最后，研究既保证猫道的静风稳定性又控制施工期主缆驰振失稳的猫道设置方案。该研究成果能够保证大跨度悬索桥在强风下主缆安全施工，具有重要的科学意义和应用价值，能缩短工期,产生较大的经济价值。

悬索桥大尺度主缆施工期截面形状并非成桥后的圆形截面，存在驰振失稳的可能性，这会导致施工人员、设备的安全问题和延长工期。研究猫道的气动干扰效应，并把猫道作为附加空气力装置，在保证猫道抗风的同时，不用额外增加任何装置，就可实现施工期主缆驰振控制。.首先，采用风洞试验和CFD数值模拟的方法，研究猫道对施工期主缆三分力系数的气动干扰效应。研究结果表明：对比风洞试验，本文建立的数值计算模型是正确的；风洞试验和数值模拟结果表明在分析施工期主缆驰振性能时不能忽略猫道的气动干扰效应，且施工期主缆存在驰振失稳的可能性。 .然后，利用理论推导、有限元和CFD相结合的方法，研究施工期主缆任意风向驰振的分析方法；结合施工时主缆索股的实际安装进度和方案，运用运筹学方法、有限元和所得到的三分力系数，优化确定施工期主缆尖顶型和平顶型施工方案驰振的最不利工况；比较主缆两种施工方案的优劣，确定较好的主缆施工方案。研究结果表明：分别利用两种模型所计算的驰振临界风速差别较大，传统单自由度方法对是否发生驰振可能产生误判，从而可为悬索桥大尺寸主缆施工期的驰振分析提供理论参考；考虑猫道气动干扰影响时施工期尖顶型主缆五个典型工况均存在驰振失稳的可能性，且三角形工况发生驰振失稳的可能性比五边形工况大，平顶型施工方案三个典型工况可能发生驰振失稳的风攻角区间差别较大。.最后，研究既保证猫道的静风稳定性又控制施工期主缆驰振失稳的猫道设置方案。研究结果表明：猫道面层与主缆底部间距、猫道宽度和猫道护栏高度对施工期主缆阻力系数影响不大，但会导致升力系数变大；猫道侧网透风率会导致施工期主缆阻力系数变小，但升力系数表现得无规律；猫道底网透风率对施工期主缆阻力和升力系数影响较为敏感。主缆施工期不同工况对猫道三分力系数影响较大；猫道静风失稳临界风速随着尖顶型主缆的施工先变小后增大，在成桥阶段又变小；主缆的不同施工顺序既影响主缆施工期的驰振性能又影响猫道静风稳定性，施工时要统筹考虑。.该研究成果能够保证大跨度悬索桥在强风下主缆安全施工，具有重要的科学意义和应用价值，能缩短工期,产生较大的经济价值。