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桥式卸船机广泛使用在沿江、沿海港口码头上,其自身结构部件和整机海运中使用了较多的撑杆部件如:前拉杆、门框斜撑、后斜撑等。撑杆具有结构简单、加工难度低、加工效率高等特点。由于环境风速较大,且突发性的飓风较多,这些构件容易产生风振效应。撑管振动会对设备产生不利的作用,直接影响整机的安全。了解撑杆产生风振的原因,并将这些振动风险降低或消除,对卸船机设计者和使用者来说十分重要。
1 撑杆风振原理分析
1.1 撑杆风振原理
风流属于一种钝性流体,当遇到障碍物时,在障碍物的正面会产生正风压,侧面和背面会形成一定形式的风吸力(负风压)和旋涡。当气流沿撑杆截面方向吹动时(即垂直撑杆流动时),气流在撑杆背面重新汇集,就会在撑杆截面背后形成反向的气流旋涡,此旋涡称为卡门旋涡(Karman-Vortex)。卡门旋涡一般情况下会沿截面中心线成对称分布,如图1和图2所示,旋涡的衰减处于稳定状态,不会对撑杆产生垂直横向力;若此旋涡的分布为不规则状态且衰减处于不稳定状态,就会对撑杆产生垂直横向力,这样撑杆就会产生风振,干扰撑杆自身固有振动。若风振频率与撑杆的自身固有频率一致时,就会引起撑杆结构的共振,对整机结构产生有害影响。
建筑工程设计管理中运用BIM完成相应的管理工作时,为提高工作效率,增强工程设计管理效果,需要考虑BIM应用过程中的相关问题[3]。具体包括:
图1 圆管截面撑杆卡门旋涡示图
图2 工字钢截面撑杆卡门旋涡示图
卸船机前拉杆一般为工字钢截面的方柱类撑杆(带变幅功能的卸船机),其表面存在4个尖锐点,使得风流绕过的过程比较复杂,并且工字钢类拉杆还存在扭转作用,所以综合分析起来较为繁琐,但方柱绕流的分离点是固定不变的,如图2所示。而圆柱类撑杆表面光滑,绕流时参数比较稳定。卸船机的前拉杆属于变幅活动构件,两端都有活动铰轴联接,加之前大梁与后大梁也使用活动铰轴,前拉杆的风振效应对主结构的影响不像其他固定撑杆那样强烈。工字钢截面的撑杆结构受到的风载正压力较大,即正压力比风载横向力作用较明显,所以这里不再讨论工字钢截面撑杆的风振效应。