Нестационарные аэродинамические нагрузки на многобалочные конструкции

• Автор: Обуховский, Александр Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Возникновение проблемы нестационарных аэродинамических нагрузок на элементы строительных конструкций
1.2. Классификация аэроупругого поведения элементов конструкций
1.3. Экспериментальные исследования аэродинамики мостов
1.4. Способы гашения колебаний элементов строительных конструкций
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1. Анализ критериев подобия
2.2. Секционные модели трехбалочных конструкций
2.3. Динамически подобные модели пролетных строений мостов
2.4. Экспериментальная установка
2.5. Методика проведения экспериментов
2.6. Определение зависимостей декрементов колебаний от их относительной амплитуды
ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕКЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ МНОГОБАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Результаты экспериментов с секционными моделями в условиях минимального демпфирования
3.2. Обобщение амплитудно-скоростных характеристик
3.3 Влияние демпфирования на характеристики аэроупругих колебаний секционных моделей
3.4. Нелинейная математическая модель аэроупругих колебаний
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ
4.1. Визуализация течения в окрестности модели
4.2. Дренажные испытания моделей
4.3. Термоанемометрические исследования поля скоростей
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ГАШЕНИЕ АЭРОУПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ.
5.1 Осредненные аэродинамические характеристики моделей пролетных строений
5.2. Результаты испытаний секционных моделей трехбалочных пролетных строений на упругой подвеске
5.3. Эксперименты с исходными вариантами динамически подобных моделей пролетных строений мостов
5.4. Разработка технологии гашения аэроупругих колебаний многобалочных конструкций
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ

Основные условные обозначения,
А - амплитуда колебаний модели, м А =А/Н - безразмерная амплитуда колебаний модели В - ширина поперечного сечения балки, м В =В/Н - безразмерная ширина поперечного сечения балки, с - жесткость системы, Н/м О- коэффициент демпфирования,
Н - высота сечения балки, м
Ь - межбалочное расстояние, расстояние между осями крайних балок, м
Ь =1УН - безразмерное межбалочное расстояние
Са=Ш/рУ2Н4 - число Коши
Ср=2Ар/рУ2- коэффициент давления
Сха - коэффициент лобового сопротивления
Суа - коэффициент нормальной аэродинамической силы
Е - модуль упругости материала, Н/м2
,/ - момент инерции поперечного сечения, м4
Ке=УН/V- число Рейнольдса
5 - площадь в направлении, перпендикулярном набегающему потоку, м2 Бс2т6'рН2- число Скрутона 8к--/Н/У- число Струхала Т - период колебаний, с К-скорость невозмущенного потока, м/с V - У/;[Н - приведенная скорость Ха - сила лобового сопротивления, Н Уа - подъемная сила, Н х,у - текущие координаты, м /=1/Т - частота колебаний, Гц і - длина консоли, м тп - погонная масса, кг/м а - угол атаки, град Р - угол скольжения, град 5 - декремент колебаний (р -начальная фаза колебаний р - объемная плотность, кг/м3 у - кинематическая вязкость, м2/с ш=2ф круговая частота колебаний, с'1

ВВЕДЕНИЕ
Побудительным мотивом для интенсификации исследований, составивших основу данной работы, послужили события, произошедшие при монтаже пролетного строения моста через реку Обь в городе Барнауле зимой 1993-94 гг.
Пролетное строение представляло собой конструкцию из трех параллельных стальных коробчатых балок высотой 3176 мм, шириной 1920 мм, объединенных поверху ортотропной плитой. Расстояние между осями балок - 9655 мм, ширина пролетного строения - 32868 мм.
Установку пролетного строения в проектное положение предполагалось вести методом продольной надвижки: элементы конструкции монтировались над берегом, после чего готовая часть сооружения постепенно перемещалась гидравлическими домкратами с опоры на опору через реку. Для облегчения консоли в процессе надвижки на авангардной части пролетного строения длиной 62,85 м были сняты плиты, в результате чего она стала представлять собой конструкцию из трех коробчатых балок, соединенных поперечными связями в виде ферм.
Во время надвижки пролетного строения в пролет между первой и второй опорами моста, когда вылет консоли составил примерно 80 метров, при скорости ветра не превышавшей 10-12 м/с, возникли колебания консоли в вертикальной плоскости с частотой около 0,4Гц и амплитудой, достигавшей 0,7м. Иногда эти колебания распространялись вдоль пролетного строения до захватов толкающего устройства, расположенного на берегу. Надвижка в срочном порядке была прервана из-за невозможности проведения работ на пролетном строении и опасности усталостного повреждения конструкции.
Для ограничения амплитуды колебаний в качестве временной меры на крайние коробки были установлены “поводки” из стального троса диаметром 22,5 мм, концы которых уходили на лебедки, установленные на опоре №2. Усилие в поводках создавалось минимальное, достаточное только для фиксации конца консоли в спокойном состоянии. Таким образом интенсивные колебания были прекращены и была проведена дальнейшая надвижка до опоры №2. Применение “поводков” для гашения колебаний при прохождении следующих пролетов вызывало опасения из-за возможности их обрыва речными судами и сомнений в эффективности при буревом ветре.( В процессе последующих исследований профессором Р.Е.Лампером [53] было показано, что наложение односторонней связи, коей и является тросовая оттяжка, при определенных обстоятельствах может привести не к снижению, а наоборот - к значительному усилению колебаний.) Было принято решение . провести необходимые расчеты и аэродинамические испытания модели пролетного строения моста с целью выяснения природы колебаний и нахождения способов их гашения за счет устранения самого источника

Рис.2.3.2 Динамически подобная модель Томского моста с аванбеком.
Рис.2.3.3 Динамически подобная модель Томского моста без аванбека с устройствами для гашения колебаний