结构风致振动与控制的若干问题研究与思考
风力发电机械系统的振动与控制分析
风力发电机械系统的振动与控制分析引言随着能源危机和环境问题的日益凸显，可再生能源逐渐成为世界能源领域的热点。
在可再生能源中，风能因其广泛分布、无污染、可再生等特点而备受关注。
风力发电机械系统作为转化风能为电能的核心设备，其安全性、可靠性和稳定性问题一直是研究的热点之一。
其中，振动问题是影响风力发电机械系统性能和寿命的关键因素之一。
本文旨在通过对风力发电机械系统的振动与控制分析，进一步探讨其振动特性以及减振控制的方法和效果。
风力发电机械系统的振动特性风力发电机械系统的振动问题主要包括机身振动、风机轴线振动、风轮轮毂振动等。
其中，机身振动是由于风力引起的机身整体或局部的振动现象。
风机轴线振动是风力作用引起的风机转子与轴之间发生相对位移现象。
风轮轮毂振动则是由风力引起的风轮轮毂产生的振动现象。
风力发电机械系统的振动特性与结构设计、制造工艺、受力状态等因素密切相关。
一方面，合理的结构设计和制造工艺可以降低振动的产生，提高系统稳定性；另一方面，受力状态的变化也会导致机械系统的振动特性发生变化。
因此，科学合理的振动控制策略对于风力发电机械系统的性能优化至关重要。
风力发电机械系统的振动控制方法目前，常用的风力发电机械系统振动控制方法主要包括主动控制和被动控制两种。
主动控制方法是通过使用传感器、控制器和执行机构等设备实时监测和控制风力发电机械系统的振动。
其中，通过使用传感器对机械系统的振动进行实时监测，可以获取相关的振动数据；同时，控制器可以根据振动数据对风力发电机械系统进行控制，如调整转速、角度等，从而减小振动。
被动控制方法是通过选择合适的材料、结构和设计等手段来降低机械系统的振动。
例如，通过选择具有良好的抗震效果的材料，可以有效减小风力发电机械系统的振动；通过合理设计机械结构，如增加支撑点、加强连接等，也可以降低振动的产生。
风力发电机械系统振动控制方法的选择应根据具体情况综合考虑。
主动控制方法对于控制精度要求较高、振动频率较高的风力发电机械系统更为适用；而被动控制方法则更适用于振动频率较低的风力发电机械系统。
风力发电机振动控制技术研究
风力发电机振动控制技术研究随着可再生能源的发展，风力发电成为了一种越来越重要的能源来源。
然而，风力发电机也存在着一些问题，比如振动问题，这不仅会影响发电机的寿命和稳定性，还会对周围环境和人员造成噪音污染。
因此，风力发电机振动控制技术的研究变得非常重要。
首先，需要理解风力发电机的振动特性。
在运行过程中，风力发电机会受到外部风等载荷的影响，从而产生不同类型的振动，如扭曲、弯曲和轴向等振动。
这些振动形态往往导致疲劳损伤等问题，进而影响风力发电机的寿命和性能。
针对这些问题，研究人员们提出了一系列的控制策略。
其中，主动控制策略是一种常见的方案，它通过调节风力发电机的控制器和执行器来实现振动控制。
例如，传统的PID控制器和现代的模型预测控制器（MPC）可以精准地控制风力发电机的叶片角度、转速和扭矩等参数，从而减小振动幅度。
此外，智能控制技术也被应用于风力发电机振动控制领域，例如基于人工神经网络和遗传算法等的模糊控制、神经控制和进化算法控制。
另外，还有一种被广泛应用的被动控制策略，即减振器。
减振器可以通过增加风力发电机的阻尼和质量等手段来抑制振动的产生。
其中比较常见的减振器设计包括浆片式、多层式和液压式等，它们都有着不同的特点和应用范围。
例如浆片式减振器适用于低频振动，而液压式减振器则更适合于高频振动，这些减振器的应用可以有效地减少风力发电机通常产生的振动。
此外，还可以通过对风力发电机进行结构优化来控制振动。
结构优化可以通过改变风力发电机的材料、形状和布局等方式来降低结构的谐振频率，从而减少振动的产生。
目前，利用计算机模拟技术设计风力发电机结构的工作已经非常的成熟，可以针对不同的问题进行模拟分析。
综上所述，风力发电机振动控制技术研究是一个需要关注的领域。
研究人员们已经提出了各种各样的控制策略，包括主动控制和被动控制，以及结构优化等。
未来，随着科技的发展和人们对可再生能源的需求，研究人员们可以继续深入振动控制领域，探索更加有效的控制技术，为风力发电产业的发展做出更大的贡献。
风力发电塔筒振动控制研究与方法讨论
风力发电塔筒振动控制研究与方法讨论随着对可再生能源的依赖度逐渐增加，风力发电作为一种环保、可持续的能源方式受到了越来越多的关注。
然而，风力发电塔筒振动问题成为了一个亟待解决的难题。
本文将讨论风力发电塔筒振动的原因和影响，并探讨目前研究中使用的方法。
风力发电塔筒振动是指风力发电机组工作过程中，塔筒的振动现象。
塔筒振动的原因主要有两个方面：一是风作用力的影响，二是塔筒结构的固有特性。
当风作用力超过一定阈值时，将会引发塔筒的自然频率振动。
这种振动不仅会影响风速测量的准确性，还可能对发电机组的稳定性和安全性产生不可忽视的威胁。
塔筒振动对风力发电站的性能有着重要的影响。
首先，塔筒振动会产生噪声，对附近居民生活造成困扰，并可能引发环境污染的投诉。
其次，塔筒振动还会导致发电机组的机械疲劳和结构破坏，进而降低发电效率和延缓风力发电机组的使用寿命。
因此，研究和采用有效的塔筒振动控制方法具有重要的理论意义和实际价值。
目前，已经有一些针对风力发电塔筒振动的控制方法得到了广泛应用。
其中一种常用的方法是利用主动振动控制技术。
这种方法主要通过在塔筒上设置执行器和传感器，实时监控和主动控制塔筒振动。
执行器受到传感器的信号驱动，通过施加控制力或刹车力来抑制塔筒的振动。
这种方法具有即时性和精确性，并能在不同的风速和频率下实现精确的振动控制。
然而，主动振动控制技术的安装和维护成本较高，这对于风力发电站的投资和运营带来了一定的挑战。
pass页，除了主动振动控制技术，还有一些被用于风力发电塔筒振动控制的被动控制方法。
被动振动控制技术利用阻尼器、质量阻抗装置或减振器等来消除或减小塔筒振动。
这些被动控制装置通过改变塔筒的固有频率和振动幅度，起到了减振的作用。
虽然被动控制方法具有一定的有效性，但其控制效果相对较弱，难以实现对不同风速和频率的精确控制。
另外，为了更好地控制风力发电塔筒振动，还有一些新兴的控制方法正在被研究和开发。
其中，一种重要的方法是结合人工智能和控制算法，建立预测模型并实时优化振动控制策略。
土木工程结构振动控制的研究现状与展望
土木工程结构振动控制的研究现状与展望摘要：地震会给人类世界带来十分严重的危害，具有预测难以及破坏性大等等问题，因此如何保证土木工程建筑的质量具有一定的意义，而土木工程结构振动控制在抗震领域之中具有相当重要的意义，基于此，本文论述了我国土木工程结构振动控制研究的现状以及发展方向。
关键词：土木工程；结构振动；现状；展望1、土木工程结构振动控制的研究现状在地震过程中，工程结构会因剧烈的动力荷载的作用受到一定程度的破坏，而工程结构中的一般抗震设计不能很好的避免荷载造成的损伤，因此土木工程结构振动控制受到人们关注，逐渐应用到工程的抗震领域中。
土木工程结构振动控制就是土木工程结构的特定部位装设隔振垫、消能支撑、消能剪力墙等某种控制装置结构或机构科学合理的控制其工程结构，使其不受到地震或大风中的加速度、位移的影响，保证工程结构、仪器设备、人员的安全。
这些控制装置或机构能分担工程在地震中的振动作用，减弱工程自身承担的力，而且可以通过调整结构的自振频率或周期，增大结构阻尼，施加控制力等，以达到降低结构振动作用下的各种反应。
结构振动控制最早广泛应用在机械、宇航、船舶等领域，后来该技术迅速发展，逐渐应用在土木工程领域。
目前土木工程结构控制主要分为四个方面，分别是被动控制、主动控制、混合控制及智能控制，下面进行详细介绍。
2.1、主动控制振动主动控制研究现状20 世纪50 年代末，由美国科学家率先提出了振动主动控制技术的研究报告，进入20 世纪70 年代振动主动控制才进入广泛的探索阶段，20 世纪80 年代，现代控制理论----- 尤其是随着信号处理技术的成熟，振动主动控制技术得到蓬勃发展。
发展到20世纪90 年代，振动主动控制技术已日趋成熟，其研究对象己经从简单的线性系统发展到复杂的非线性系统，控制系统从简单的单输入单输出发展到多输入多输出系统，控制方法也在不断改进，已成功应用于航空航天结构振动控制、土木工程结构抗震、车辆结构隔震以及其他机械设备振动控制等领域，并且后来出现的模糊控制、神经网络控制等智能控制新型方法也已在振动主动控制中得到应用。
建筑结构振动分析与控制研究
建筑结构振动分析与控制研究1. 引言建筑结构的振动是指结构在受到外界力的作用下发生的运动。
振动问题一直以来都是建筑工程中的一个重要课题，对于保证建筑结构的安全性、舒适性和耐久性至关重要。
本文将探讨建筑结构振动的分析和控制方法，以及相关研究进展。
2. 建筑结构振动分析2.1 建筑结构振动的分类建筑结构的振动可分为自由振动和强迫振动。
自由振动是指建筑结构在没有外界力作用下的自身振动，如地震、风荷载等；而强迫振动是指建筑结构受到外界力作用的振动，如机械设备运转等。
2.2 振动模态分析振动模态分析是一种常用的建筑结构振动分析方法。
它通过求解结构的固有振动频率和模态形状，得到结构的振动特性。
通常采用有限元法作为振动模态分析的数值计算方法，这种方法具有计算精度高、适用范围广等优点。
3. 建筑结构振动控制3.1 主动控制方法主动控制方法是指通过引入外界控制力来改变建筑结构的振动特性。
常见的主动控制方法包括质量和刚度变化法、控制杆法以及智能材料控制等。
这些方法能够实时调节建筑结构的振动特性，从而减小结构的振动响应。
3.2 被动控制方法被动控制方法是指通过在结构上添加附加物用以吸收或耗散振动能量，从而减小结构的振动响应。
常见的被动控制方法包括隔震、摆锤、液体阻尼器等。
这些方法通过改变结构的动力特性，降低结构与外界激励的耦合效应，从而减小结构的振动响应。
4. 建筑结构振动控制研究进展4.1 结构振动控制理论研究近年来，随着计算机技术和控制理论的不断发展，建筑结构振动控制研究取得了重要进展。
研究人员通过建立结构动力模型和振动控制模型，提出了一系列高效的振动控制算法和方法。
4.2 智能材料在振动控制中的应用智能材料在振动控制中具有重要的应用潜力。
形状记忆合金和压电材料等智能材料可以根据外界激励的变化自动调节其力学性能，从而减小建筑结构的振动响应。
研究人员通过开展智能材料在建筑结构振动控制中的应用研究，为解决建筑结构振动问题提供了新的思路和方法。
结构动力学中的风振问题分析
结构动力学中的风振问题分析结构动力学是研究结构在外界力作用下的振动行为的学科，而风振问题则是结构动力学中一个重要的研究方向。
本文将从风振问题的背景和原因、影响因素和评估方法等方面进行详细分析和讨论。
一、背景和原因在风振问题中，结构物在大风环境下会受到风力的作用，引起结构的振动。
风振问题主要存在于高层建筑、长跨度桥梁、烟囱、塔楼等高耸结构中。
这种振动既可能是结构自身的自由振动，也可能是受到风力激励后的强迫振动。
风振问题的产生原因可以归结为以下几点：1. 气象因素：大风引起的气动力是产生风振问题的主要原因之一。
气象因素包括风速、风向、风向变化频率等。
2. 结构刚度：结构刚度的大小将直接影响结构的振动特性，而刚度小的结构更容易受到风力的激励而发生振动。
3. 结构阻尼：结构的阻尼越小，振动越容易发生和持续。
因此，结构的阻尼对于风振问题的研究具有重要意义。
4. 结构质量：结构质量的大小也将影响结构的振动特性，质量越大，振动频率越低，风振问题相对较小。
二、影响因素风振问题的复杂性决定了其受到多个因素的共同影响。
主要的影响因素包括：1. 风速和风向：风速和风向是产生风振问题的主要因素，其中风速对结构振动的影响最为显著。
2. 结构特性：结构的刚度、质量和阻尼等特性将直接影响结构的振动响应。
3. 结构形状和几何尺寸：结构的形状和几何尺寸影响着结构对风力的反应，尤其是在流体作用下的层流和湍流区域。
4. 地面效应：结构与地面之间的交互作用对风振问题也具有重要影响。
三、评估方法针对风振问题，需要进行定量的评估和分析，以寻找有效的风振控制措施。
常用的评估方法包括：1. 数值模拟：通过数值模拟方法，可以模拟结构在大风作用下的振动响应。
常用的数值方法包括有限元法、计算流体力学方法等。
2. 风洞试验：风洞试验可以模拟真实的风场环境，并通过模型的测试来评估结构的振动响应。
风洞试验是评估风振问题最为直观和准确的方法之一。
3. 实测方法：通过实际的结构振动监测数据，可以对结构的风振问题进行评估和分析。
高层建筑结构的风致振动控制
高层建筑结构的风致振动控制在高层建筑结构设计和建造过程中，风致振动是一个重要的问题。
高楼居住者经常会感受到建筑物在强风中的晃动，这不仅影响住户的生活质量，还可能对建筑的结构稳定性产生负面影响。
因此，高层建筑结构的风致振动控制成为了研究的热点之一。
一、引言在引言中，我们将介绍高层建筑结构的风致振动控制的重要性，并提出本文研究的目的和意义。
二、背景这一部分将介绍高层建筑结构的基本特点和存在的挑战，特别是在面对大风时的振动问题。
我们还将简要讨论目前已有的研究成果和现有的风振控制方法。
三、风致振动现象的原理在这一部分，我们将解释高层建筑结构在风力作用下发生振动的原理。
这涉及到风荷载的作用机制以及结构的固有频率等基础知识。
四、风振控制方法本部分将介绍目前常用的风振控制方法，包括质量阻尼、刚度控制和主动控制等。
针对每种方法，我们将详细说明其工作原理和应用范围，并给出实例进行说明。
五、质量阻尼方法质量阻尼是一种被广泛应用于高层建筑结构的振动控制方法。
我们将介绍质量阻尼器的工作原理和种类，并分析其在不同情况下的有效性和适用性。
六、刚度控制方法刚度控制作为另一种常见的风振控制方法，可以通过调整结构的刚度来减小振动幅值。
我们将介绍刚度调整的原理和方法，并探讨其在实际工程中的应用情况。
七、主动控制方法相较于质量阻尼和刚度控制，主动控制是一种更加先进和灵活的振动控制方法。
我们将介绍主动控制方法的原理和实现方式，并分析其在高层建筑结构中的潜在应用前景。
八、结论在本文的结尾，我们将总结不同风振控制方法的优缺点，并对未来的研究方向进行展望。
我们还将强调高层建筑结构的风致振动控制对于建筑的安全性和居住者的舒适性的重要意义。
通过以上的分节论述，我们全面而系统地介绍了高层建筑结构的风致振动控制方法。
这些方法旨在减小建筑物在强风作用下的振动幅值，提高建筑物的稳定性和居住者的生活质量。
随着技术的不断进步和研究的深入，我们相信未来会有更多创新的方法和技术用于风振控制。
高层建筑风振问题研究
高层建筑风振问题研究随着经济的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑在现代都市生活中扮演着重要角色。
然而，随着高层建筑的不断增长，其所面临的挑战也逐渐凸显出来，其中之一就是风振问题。
风振问题指的是当高层建筑遭受到大风的作用时，建筑结构会出现一定程度的振动现象。
这种振动不仅可能引发居民的不适感，还可能对建筑结构的安全性产生威胁。
因此，对高层建筑的风振问题进行研究显得尤为重要。
首先，我们需要了解高层建筑风振问题的原因。
风振问题主要是由风的作用力引起的。
当风吹过高层建筑时，由于风的作用力会产生波动，这种波动会传递到建筑结构上，进而引发振动现象。
建筑结构的振动不仅受到风速的影响，还受到建筑物的形状和材料的刚度等因素的影响。
为了解决高层建筑风振问题，科学家和工程师们投入了大量的研究。
他们首先研究了风对于不同形状和材料的建筑所产生的作用力。
他们发现，不同形状的建筑在风作用下所受到的振动程度会有所不同。
例如，圆柱形的建筑会比方形的建筑受到更大的风力作用，从而产生更加明显的振动现象。
此外，科学家们还研究了不同材料对风力作用的响应。
他们发现，使用柔性材料的建筑相对于刚性材料的建筑来说更容易受到风振的影响。
为了解决高层建筑风振问题，工程师们采取了一系列的措施。
首先，他们会在设计过程中考虑风振问题。
他们会根据地区的气候和建筑物的用途等因素来选择合适的形状和材料，以降低风振的概率。
其次，他们还会在建筑外墙表面安装振动控制装置，如阻尼器和减振器等。
这些控制装置可以吸收和分散部分风力作用力，从而减轻建筑结构的振动现象。
然而，尽管采取了上述措施，高层建筑风振问题仍然无法完全消除。
因此，更加深入的研究还是必要的。
科学家们正在努力探索新的振动控制技术和策略，以提高高层建筑的风振抗风能力。
例如，他们正在研究如何利用智能材料和结构来预测和控制风振现象。
这些智能系统可以通过感知建筑结构的振动状态，并及时作出调整来保持结构的稳定性。
总之，高层建筑的风振问题是一个复杂而严峻的挑战。
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１６
第十四届全国结构风工程学术会议论文集
扭转振动可以忽略而只考虑弛振力。风轴坐标系（如图１所示）下，采用准定常理论的自激力表达式
为
吒＝一ｊ１∥２ｄ．ＣＤ．台
式中Ｃｎ为阻力系数，ｄ为拉索直径，负号表示
（１）
弛振白激力方向与截面运动方向ｈ相反。可以证
明，即使令ｈ方向向上，与升力Ｌ方向一致， 也仍会得到式（１）同样的表达式。一般而言，只 要ｕ与截面对称轴垂直，自激力方向与坐标系 为左手或右手无关。 我们也可以采用Ｓｃａｎｌａｎ的非定常表达式计算自激力
对比图３与图１，司知风速ｕ，严生目激力Ｅ，风速ｕｆ严生目、撖力只，应用式（２）司以表水为
只２吉觚２小（Ｋ帆‘旁＋Ｋｔ２・－／４＊．Ｕｔ）
ＦＩ
２五１叫≯雌ｓ’Ｈ。：昔七Ｋ；・ｔ－１４ｓ＊＂甜ｓ、）
式中，Ｈｓ，Ｚ４ｔ分别为拉索单元中任一点沿ｓ轴或ｔ轴的位移，Ｋ，Ｈ１，风加注下标ｓ，ｔ表示它们
的值分别与Ｕ。，Ｕ有关。
证整体桥梁结构的安全。 美国Ｔａｃｏｎｙ Ｐａｌｍｙｒａ桥是一座系杆拱桥，在１９２９年通车后，桥Ｅ的Ｈ型吊杆出现了风振问题，
品后通过加设纵向抗风索制振。 ２０世纪３０年代后期，施工中的丹麦ＳｔｏｒｅｓｔｒＳｍ桥上一些Ｈ型吊杆就发生了严重风振，并导致 吊杆与桥面连接处发生破坏。
磁
圈６瑞典ＡｓｋｅｒＳｄｆｊｏｒｄ桥…
２．记入拉索自激力的三维颤振分析方法
现有的桥梁颤振理论基本框架是Ｓｃａｎｌａｎ在１９７０年前后建立的，基本假定是： （１）只计主梁／加劲梁的气动自激力： （２）条带假定，即梁的每个截面承受同样的自激力，从而自激力本身是一个二维流场问题； （３）风场与桥轴线正交且均匀分布； （４）自激力是截面振动的线性函数，可用颤振导数来表示，它只与截面形状有关，且简化为无量 纲风速的函数。 以上假定比较适合分析悬索桥结构的风致振动，但假定（１）不太适合斜拉桥、拱桥。近年来，斜 拉桥跨径迅速增长，苏通人桥和昂船洲大桥的主跨跨径都超过了１０００ｍ。斜拉桥拉索的总受风面积 可能大于主梁的受风面积。以苏通桥为例，主桥２７２根拉索，最长５８０ｍ，按平均长度３００ｍ，平均 直径０．１５ｍ计算，拉索总受风面积为１２２４０ｍ２，而主梁全长２０８８ｍ，高４ｍ，梁横桥向受风面积８３５２ ｍ２，因此拉索受风面积已超过主梁。对于这种大跨度斜拉桥，只计主梁气动力的假定恐怕难以符合 实际情况。另一方面，现有的斜拉桥风振分析和试验普遍采用了等效模态质革的修正方法，其实质 是计入了拉索与桥塔的惯性质量。这种计入了拉索质茸而未计入拉索气动力的处理方式，有可能是 偏于不安全的。基于以上分析，我们在国家自然科学基金重点项目支持下，开展了计入拉索自激力 的颤振分析方法研究，目前这一方法尚在程序开发之中，这里简要介绍研究的基本思路。 ２．１拉索自激力 拉索是全对称的直径为ｄ的圆形截面，不存在攻角问题，升力系数为零。拉索也是细长构件，
采用阶跃函数可获得与基于试验颤振导数的自激力 表达式等效的自激力时程【３。引。然而，由于这种等效 模拟是建立在频域功率谱等效的基础上，因此，拟合 结果并不能反映阶跃函数的瞬态特性，这一缺陷有可 能会在时域内造成很大的自激力瞬态值与耗时的衰 减过程，在长时间内造成很人的自激力模拟火真。针 对这一问题，张志田提出了非线性参数分步长搜索策
ｓＫ
（７）
同理，可写出【曰】矩阵的上述８个不为零元素。只须将被积函数改为ｕ２Ｋ２以‘，例如
岛，＝ｆ丢∥・ｕ２Ｋ２乩，＋Ⅳｊ２办
其余可类推。
（８）
２．３结构总体坐标系与斜拉索局部坐标系的转换
为计算式（６）的自激力，需要将结构总体坐标下给出的风速向量转换到局部坐标系，计算出局部
坐标下自激力向量后，也要再转换到总体坐标系。对于桥梁结构，本文设总体坐标系（ｘ，少，ｚ）的ｘ
之间的变化关系，在下节讨论。于是，由式（３）按等效节点荷载公式计算的ｔ轴方向的自激力为
盼ｆ阱咖 ＝［ｆ三ｐｄ・玑ｃ，．，Ｋｃ，，％，‘ｃ，．，｛影）ｃＭ，％，咖］｛髦） ＋［ｆ三∥・玑Ｖ，ＫＶ，以，＿，｛爱｝ｃＭ，以，西］｛髦｝
ｃ５，
式中，，为拉索单元长度。同理可写出由ｔ轴向节点位移（‰，吻）ｒ与速度（％，嘞）ｒ产生的ｓ轴向 自激力（只，，弓）ｒ。总结以上讨论，我们可以将拉索单元节点自激力荷载向量记为标准的６分量形式。
１８
第十四届全国结构风工程学术会议论文集
最 最 Ｂ
弓 弓 弓
＝【彳】
“虬如．％．％．％
＋㈣
咖咖蛳鳓嘶鳓
式（６）中，【彳Ｊ，【曰Ｊ均为６ｘ６的矩阵，但每个矩阵只有８个元素不为零，且不是对称矩阵。不为
零的８个元素为
如＝§ｐｄ・ＵｔＫｔＨ。：Ｎ？出 氏＝ｒ吾∥・Ｕ，Ｋ，ｔ－Ｉ，，’也２办 ４，＝４。＝ｆ告ｐｄ・ＵｔＫ，Ｈｉ，。Ⅳｉｑ咖 如＝Ｇｐｄ・ＵｓＫ ｓＨＬ：Ｎ？ｄｒ 如＝ｆ丢∥・Ｕ，Ｋ，ＨＩ，‘Ｍ２办 ｋ＝文ｓ＝丈与ｐｄ・Ｕ ｓＨ。：ＮｔＮｊｄｒ
轴沿跨度方向，Ｚ轴沿竖直方向，Ｙ轴为横桥向方向并且ｘ、Ｙ、Ｚ成右手坐标系。 由于拉索局部坐标系（，．．墨．ｎ与总体坐标系（ｘ．１，．ｚ’ｌ都是直角坐标系，两个坐标系间的转换关系为
｛三）＝ｃＱ，｛茎），｛茎）＝ｃＱ，ｒ｛三）
式中【Ｏ】是坐标转换矩阵，它是一个正交矩阵，每个元素分别是两个坐标轴之间的夹角余弦。 只要给出拉索单元ｉ，Ｊ以及辅助节点ｋ在总体坐标系下的坐标，就可以计算出矩阵【Ｑ】，详见有限
关键词 桥梁吊杆颤振紊流积分尺度时域分析
１．引
言
从工程实际中提炼出科学问题并加以研究，是风工程研究的一个显著特点。近年来，湖南大学 在研究和解决实际工程的抗风问题过程中，发现和提炼出了若干科学问题，在反复思考的基础上进
行了较深入的研究。针对大跨度密索面斜拉桥风荷载比重日益增大的趋势和适应拉索——悬吊混合
下就出现了剧烈振动，最终通过设置纵向铜缆将吊杆两两连接．抑制吊杆振动。
图２索单元的局部坐标系
显然，来流风Ｕ的方向一般不与ｒ、Ｓ、ｔ轴的任意一根重合，这时我们可以将来流风矢量分解
为沿ｒ、ｓ、ｔ三轴的分量（ｑ，以，ｑ）ｒ，逐一计算各个分量的自激力。分量ｑ沿拉索轴线方向，可 以认为Ｕ不产生自激力，仅需讨论ｑ与ｑ分量的自激力。
１７
第十四届全国结构风工程学术会议论文集
“ｓ
图３来流风在局部坐标系下的分量与相应的自激力分量
第十口届金国结构风Ｉ程学术喜“论文橐
杆翼板加殴波形板，通过增大刚度与改变外形的方式来抑制风振。
加拿大Ｐｅａｃｅ Ｒｉｖｎ桥为两跨系杆拱桥，在１９６７年第一跨施Ｊ二完成不久，其上的最长圆形吊杆 在４５ａｄｓ左右的风速下就出现了剧烈振动，由于吊杆发生振动时起振风速报低，为了防止其发生疲
劳破坏，首先考虑通过在吊杆中填充砂的方式来抑制振动，然而，吊杆填充砂后发现在更低的风速
元教材。
１９
第十四届全国结构风工程学术会议论文集
阱Ｑ，㈢
式中（虬，Ｕ，址）ｒ应看作给定的已知量，例如假定风沿桥的横向水平方向，那么
（虬，ｑ，％）ｒ＝（ｏ，Ｕ，ｏ）７’，最后我们讨论局部坐标ｒ与距地面竖直高度之间的关系。本文取总体坐
标系的Ｚ轴竖直向上，于是可以导出
ｚ（，）＝三（矿刁）＋乙
式中乃，ｚｆ分别是单元节点Ｊ，ｉ的竖直轴坐标，且设乃＞乞。 风速Ｕ沿高度的变化规律可按桥梁抗风规范选取，设桥面处高度为Ｚｏ，风速为Ｖｏ，那么
Ｎ＜≤爹・ ＜≤芝＞Ｎ Ｎ＜乏》
ｃ玎慨玛ｄｌ‘＝ｄ１，ｄ２＋＝ｄ２，ｄ３＋＝ｄ３
由ｄｌ’，ｄ２＋，ｄ３’求口正ｆ＿１￣３） 图４阶跃函数拟合流程
◇
循环ｄ２：ｄ２＋△ｄ
略和控制参数的合理拟合区间，可有效地避免模拟失真的可能性。 图４给出了依据这一策略的阶跃
函数拟合流程。
在精确拟合阶跃函数的基础上开发出了桥梁颤振临界状态的时程方法。由于采用时域的方法代 替频域法可以较方便地考虑不均匀的风速分布，因此，这一方法被用米研究位于峡谷之中的湖南湘
式（３）是拉素单元内的自激力分布荷载表达式，在有限元分析中，还必需经单元积分转换为由单
元节点横向位移（％，，％，％，吻）ｒ与速度（西∥壤，呜，嘞）ｒ表示的单元节点荷载向量 （只，Ｂ，弓，弓）７’。假定ｓ，ｔ两个方向的位移与速度都采用同样的插值函数（Ｍ，ｑ）。那么以％为
例有
州¨，鼢
州¨，㈨
㈤
积分时还应注意Ｕ，Ｋ，ＨＩ＊儿’都冈风速沿高度变化而变化，因此都是变量ｒ的函数，ｒ与高度
２０
第十目届垒目结构风工程学术会议论文集
西矮寨悬索桥（跨度１１７６ｍ）的颤振问题。桥址凤环境模型的风洞试验表明，峡谷内沿桥粱跨度方 向的风速税不均匀，脚５是沿加劲粱各个节段的相对风速系数曲线，仅踌中一段的系数接近ｌ。时 程法龋振分析结果表明，考虑峡谷内平均风水平分布特性后，桥梁的颇振临界风速有了较明显的提 高，具体分析结果如表１所示。相比之下，忽视山区桥梁的风场特性，按照规范采用水平向均匀分 布的平均风速值进行颤振分析．会得出偏于保守的结果，从而夸大峡谷桥粱气动失稳的可能性、增
Ｕ
上ｈ
（２）
图１圆截面的风轴坐标系
Ｅ＝互Ｉ∥２ｄ（ＫＨ，＋・百ｈ＋Ｋ２・风‘・办）
颤振导数蜀‘和ｑ‘可以用节段模型风洞试验方法识别得到，它们是无量纲风速矽＝哆惫的函数，
，）”
而Ｋ＝＝当是无量纲圆频率。
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２．２索单元局部坐标系下的自激力 在有限元分析中，我们对每个索单元都赋予一个局部坐标系，如图２所示。索单元两端节点号 为ｉ，ｊ，由ｉ到ｊ的连线为ｒ轴，ｓ轴和ｔ轴位于与ｒ轴垂直的平面上，其中ｓ轴位于由指定的参考节 点ｋ与节点ｉ、ｊ共同确定的平面上，按右手直角坐标系准则可确定ｔ轴方向。
体系的超大跨度桥梁抗风设计的需要，提出了三维颤振分析中计入拉索气动力的问题。针对峡谷风 速沿跨向不均匀分布的情况，开发了颤振时域分析方法。在拱桥吊杆病害分析的基础上，提出了直 立杆件的大攻角风效应概念和相关的试验与分析方法。在高压输电塔风振系数研究中，提出了一种 紊流积分尺度的修正方法。其中部分Ｔ作内容，在本次会议论文集相关论文中有更详细的介绍。本 文研究工作得到国家自然科学基金重点项目和多个面上项目的资助。