桥梁涡振抑制的风力机方法对主梁抖振的影响

沈阳工业大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (05) : 664 -673.

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摘要

【目的】随着大跨度桥梁悬索桥的快速发展，桥梁风振问题逐渐成为影响其安全性和舒适性的重要因素。小型水平轴风力机安装在桥梁上，不仅能够有效抑制桥梁的涡激振动，还能够提供风能用于桥梁附属设施的供电。然而，小型水平轴风力机对桥梁的影响尤其是对桥梁抖振响应的具体影响，尚未得到全面系统的研究。因此，本文旨在探讨小型水平轴风力机对桥梁抖振响应的影响规律，评估不同风力机布置方式对桥梁动态响应的具体影响，为风力机对桥梁风振的控制提供理论依据和实践指导。【方法】本文以丹麦大贝尔特桥的典型扁平箱梁为研究对象，采用风洞试验、有限元分析和谐波叠加等手段，结合大贝尔特桥的实际风环境和结构特性，模拟和分析了风力机对桥梁抖振响应的影响。在风洞试验中测量桥梁加装风力机后的静力三分力系数，依据相关数据生成桥梁受风荷载的时程响应数据。基于准定常假设和Davenport抖振力模型，结合有限元模型，计算并模拟了桥梁在不同风速下的动态响应。研究过程中设计了6种不同风力机布置方式，考虑了风力机转轴高度和布置间距等参数的变化，探讨了不同布置方案对桥梁横向、竖向位移和加速度响应的影响。【结果】结果表明，小型水平轴风力机的安装会在一定程度上增大桥梁的位移与加速度响应。然而，通过选择适当的风力机布置方案，可以在满足控制涡激振动的基础上，对桥梁的结构安全和舒适度影响较小。桥梁横向位移的增幅整体呈现随风力机叶片转轴高度的降低而减小的趋势。当风力机布置间距为3倍梁高时，竖向位移的增幅最小。此外，通过拟合风力机对桥梁的静风荷载，提出了桥梁安装风力机后的阻力和升力单位荷载估算公式，进而有效评估不同布置方案下风力机对桥梁的影响。【结论】通过合理布置风力机参数(转轴高度和布置间距),能够减小小型水平轴风力机对桥梁动态响应的影响，且不会对桥梁的结构安全及舒适度造成较大影响。风力机的安装高度和布置间距对桥梁的动态响应具有显著影响，应根据桥梁的具体情况选择合理的布置方案，以保证桥梁的结构安全性和舒适性。本文提出了关于风力机布置间距、转轴高度与桥梁风荷载数据之间的数学模型，为未来风力机对桥梁风振控制的优化提供了理论支持。