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驰振

(2020-02-12 15:56:52) 百科综合
驰振

驰振

驰振是指由于流动分离和旋涡脱落而产生的空气动力负阻尼分量,导致细长结构失稳式的振动。

基本介绍

  • 中文名:驰振
  • 外文名:Galloping
  • 包括:横流驰振和尾流驰振
  • 类型:自激型振动
  • 影响:只影响单一振型
  • 定义:流体诱发的非流线型的不稳定振动

驰振现象

驰振一般发生在正方形、矩形、直角形等複杂不规则的非流线型截面的结构中。驰振产生的机理是由于升力曲线具有负斜率,所以说使得空气升力具有负阻尼作用,从而使结构能够源源不断地从外界吸收能量,从而形成类似颤振的发散振动现象。根据产生机理的不同,驰振可以分为尾流驰振和横流驰振两种。尾流驰振是由绕过前方结构的波动性来流激发下游结构物产生的不稳定振动。比如说斜拉桥的拉索、悬索桥吊桿最容易发生尾流驰振。横流驰振是由升力曲线的负斜率所引起的发散性弯曲自激振动。这种负斜率使得振动过程中结构的位移始终与空气力的方向相一致,结构不断从外界吸收能量,从而形成不稳定振动。横流驰振一般发生在具有稜角的非流线型截面的柔性轻质结构中,悬吊体系桥樑结构中的拉索和吊桿最有可能发生横流驰振。此外,对于宽高比较小的梁式钢桥,高柔的大跨径斜拉桥、悬索桥桥塔以及连续钢构桥在最大悬臂施工阶段的主梁都存在着发生驰振发散的可能性。

控制措施

被动控制

1.耗能减振系统
耗能减振系统就是指将需要减振的结构物的某个非承重构件设计成耗能元件,在地震或风荷载作用下,阻尼器产生较大的阻尼来耗散能量。耗能减振系统大体可以分为两类:
(1)耗能构件减振体,主要利用耗能支撑、耗能剪力墙等非承重构件作为耗能装置;
(2)阻尼器减振,包括粘弹性阻尼器、摩擦阻尼器、金属阻尼器等。
2.吸振减振系统
吸振减振技术是在主结构中附加子结构,使结构的振动发生转移和能量在主结构与子结构之问重新分配,目的是减小结构风振反应。主要的吸振减振装置有:
(1)调谐质量阻尼器
是一个由阻尼器、弹簧、质量块组成的振动系统,其工作原理是在原结构中加入了TMD系统,原结构动力特性发生了改变,在外力的作用下,结构物如果产生振动时,TMD系统也将随之一起振动,并在结构上产生控制力的反作用,从而达到减小结构振动的目的。
(2)调谐液体阻尼器
调谐液体阻尼器系统简称TLD,是利用液体的运动吸收能量的原理来达到耗散结构的振动时产生的能量。TLD最早套用在海洋轮船和太空飞行器上,它的优点很明显,就是成本不高,维护容易,便于安装。
调谐液柱阻尼器是一种形管状的水箱,把增加阻尼的隔栅设有水箱中间,依靠水箱中水在晃动过程中产生的水的惯性力,来减小结构的振动。

主动控制

随激励输入改变主动控制的实时控制力也随之改变,其效果与外荷载的特性没有关係,所以主动控制与被动控制相比较,前者明显优于后者。主动控制装置种类很多,主要有线性马达控制、气体脉冲发生器、主动支撑系统、主动控制调谐质量阻尼器系统等。
按照控制律与结构回响或外界激励是否相关联的特点,主动控制又可以分为开闭环控制、闭环控制和开环控制等。主动控制虽然控制效果好,但其缺点也比较明显,主动装置複杂且需经常维护,而且造价相对于其它控制措施而言高出很多,因此,经济因素较大的限制了工程套用範围。目前主动控制的套用主要集中在经济发达和地震烈度较高的地区如日本、美国等地区。

混合控制

混合控制指的是在结构物上同时施加主动控制与被动控制的控制方式。把主动控制与被动控制结合起来,能够产生很好的相互弥补的作用:一方面,被动控制由于引入了主动控制,其控制效果增强,提高了系统的可靠度;另一方面,主动控制由于被动控制的参与,大大减小了主动控制力,增强系统的稳定性和可靠性。当今,混合控制主要有以下几类主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统、主动控制与耗能装置相结合的控制系统、ATMD与TMD相组合的控制系统。

半主动控制

半主动控制是通过改变受控结构的参数来取得增强结构抗振能量的效果,不需要大量的外部能源和结构振动的外部信息。半主动控制系统用带开关的附加刚度装置及附加阻尼器与主体结构相连而成,其控制装置的刚度和阻尼变化是不连续的,只能在几种预先设计好的的几种工作状态间切换,通过控制开关的打开或关闭控制装置参数的变化。

气动控制

所谓的气动控制措施就是在结构的初步设计阶段,通过风洞模型试验法、解析法以及数值风洞模拟技术等对结构各种截面的空气动力性能进行分析比较,选择一个具有较好气动性能的合理截面,也就是通常所说的“气动选型”,以达到减小风振对结构破坏的目的。

尾流驰振性能

(1)双圆柱索尾流驰振与柱间距离有关。当来流风向与两柱圆心的连线呈一定夹角时,下游索才可能发生尾流驰振。
(2)双圆柱索尾流驰振的振动轨迹具有方向性。在下游索振幅增大的过程中,阻力为其输入正功,加剧了结构在该方向上的振动;而升力做功很小甚至为其输入负功,抑制了结构在该方向上的振动。在两者共同作用下,振动轨迹将成为椭圆,其长轴沿阻力方向,即水平方向。
(3)只有当下游索的振动频率明显小于上游索的漩涡脱落频率时,尾流驰振才可能发生。若下游索的振动频率过大将破坏尾流驰振的条件。
(4)发生尾流驰振的可能性随来流风速的增大而增大;但对圆截面而言,当对应的雷诺数增大至超临界区域时,因阻力係数的减小,其发生尾流驰振的可能性反而随来流风速的增大而减小。
(5)在桥塔尾流的作用下,塔周长吊索的气动特性易受塔柱尾流控制,塔柱脱落的漩涡使吊索气动力做功的时程曲线出现了大幅波动,其波动幅度随吊索振动频率的增大而增大,使气动力不能持续稳定地为吊索输入能量。塔周长吊索振动频率较低时存在发生尾流驰振的可能性,距桥塔较近的吊索发生尾流驰振的可能性较高。

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