Single-frequency along-wind oscillation under moderate wind velocity was observed on a leeward leg of an H-shaped 132 m suspension bridge steel tower. The oscillation occurred at particular wind velocity range (13–24 m/s) and angle of attack. Two dominant single-frequency oscillations, namely, 0.6 Hz and 0.8 Hz were observed and they had characteristics that resembled the vortex-induced vibration. The single-frequency oscillations 0.6 Hz and 0.8 Hz were related to the tower local in-phase and out-of-phase mode, respectively. Outside the wind velocity range of 13–24 m/s or when wind direction is perpendicular to the tower, the tower responses were mainly characterized by random responses with buffeting trend. The single-frequency tower oscillation influenced girder lateral vibration in that the coupling tower in-plane and girder lateral mode substantially increased the girder lateral vibrations. Wind tunnel experiment on tower model was carried out to investigate the phenomenon under various wind angles of attack and velocities. The results show that under certain angle of attack the bluff body of the windward tower leg created vortex shedding as indicated by the presence of single-frequency oscillation of the wind in front of leeward tower. The vortex shedding generated a periodic force towards the leeward leg that coincides with the tower natural frequency 0.6 Hz and 0.8 Hz in the wind velocity range of 13–17 m/s and 17–24 m/s, respectively, causing in-plane resonance

چکیده

بر روی پایه­ ی بادپناه یک "تاور بریج" فولادی معلق H شکل 132 متری، نوسان تک­فرکانسی در امتداد باد تحت سرعت متوسط باد مشاهده گردید. نوسان در محدوده­ ی سرعت باد (24-13 متر بر ثانیه) و "زاویه­ ی حمله" ­ی خاصی رخ داد. 2 نوسان تک­فرکانسی غالب، یعنی 6/0 و 8/0 هرتز مشاهده شد و ویژگیهایی داشتند که مشابه ارتعاش ناشی از گردابه بود. نوسانات تک­فرکانسی 6/0 و 8/0 هرتز، به ترتیب مربوط به مود درون فاز و خارج از فاز محلی برج بودند. خارج از محدوده­ ی سرعت باد 24-13 متر بر ثانیه یا زمانی که جهت باد عمود بر برج است، پاسخهای برج، عمدتاً به واسطه­ ی پاسخهای تصادفی با روند ضربه­ای مشخص می­شوند. نوسان تک­فرکانسی برج، از این حیث که کوپله­ ی برج درون صفحه و مود جانبی شاه­ تیر، موجب افزایش قابل توجه ارتعاشات جانبی شاه ­تیر گردید، بر ارتعاش جانبی شاه ­تیر اثر گذاشت. به منظور بررسی پدیده تحت زوایای حمله­ و سرعتهای مختلف باد، آزمایش تونل باد بر روی مدل برج انجام شد. نتایج نشان می­دهند که تحت زاویه­ی حمله­ ی خاصی، بدنه­ ی شیب­دار پایه­ ی رو به باد پل، منجر به ایجاد "جاری شدن گردابه" شد، همان­گونه که به واسطه­ ی حضور نوسان تک­فرکانسی باد در جلوی وجه بادپناه برج نشان داده شد. "جاری شدن گردابه"، یک نیروی تناوبی به سمت پایه­ ی بادپناه ایجاد نمود که همزمان با فرکانس طبیعی 6/0 و 8/0 هرتز، به ترتیب در محدوده­ ی سرعت باد 17-13 متر بر ثانیه و 24-17 متر بر ثانیه رخ داده و موجب ایجاد پاسخ درون صفحه ­ای می­گردد.

1-مقدمه

همان­طور که دهانه­ های پل طویل­تر و برجها بلندتر می­شوند، آنها انعطاف­ پذیرتر شده و مستعد مرتعش شدن میشوند. برجهای فولادی که به طور گسترده­ای برای پلهای کابلی در ژاپن استفاده می­شدند، بسیار سبک­تر از پلهای فولادی بوده و در نتیجه، زمانی که ارتفاع برجها از 100 متر تجاوز می­کند، استعداد بیشتری برای ارتعاش تحت اثر باد دارند ("فوجینو" و همکاران(2012)). تاور برجهای بلند دارای دهانه­ ی طویل، در طول مرحله­ ی ساخت و ساز مستقل (خودایستایی)، اغلب ناپایداری آیرودینامیک نظیر نوسانات گردابه­ای نشان می­دهند ("فوجینو"(2002)، "فوجینو" و همکاران(2012)، "کیتاگاوا" (2004) و "لاروس"و همکاران (1998)). زمانی که فرکانس طبیعی محلی باد همزمان با فرکانس جاری شدن گردابه­ای اتفاق می­افتد، نوسانات گردابه­ای اکثراً در جهت مخالف باد رخ می­دهند که منجر به ایجاد نوسان تشدید بر روی محور ضعیف برج می­شود. برای جهت هم­ امتداد با باد، گزارشی وجود دارد که ارتعاش گردابه­ای درون خط یک تاوربرج معلق خودمتکی را توصیف می­کند("لاروس" و همکاران (1998)).به منظور کاهش اثر ارتعاش در طول فرآیند ساخت و ساز، گاهی اوقات اقدامات مقدماتی کنترل ارتعاش، نظیر "میراگر جرمی تنظیم شده"، "میراگر مایع تنظیم شده" و سیستم کنترل فعال موردنیاز هستند("فوجینو" و همکاران (2012)، "فوجینو (2002) و "کیتاگاوا" (2004)). اگرچه ممکن است که ارتعاش گردابه­ای برج، مشکل ناپایداری ایجاد نکند، ارتعاش بیش از حد بر روی برج به ویژه نوع فولادی آن در میان میرایی کم، ممکن است بر بهره­ برداری پل تأثیر گذاشته و در نهایت، منجر به خرابی ناشی از خستگی گردد...