影響主梁渦激共振試驗結(jié)果的因素及其機理研究.pdf

1、現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)向著跨度大、自重輕、阻尼低的方向發(fā)展,隨之對風作用更加敏感,氣動彈性問題已成為大跨度及超大跨度橋梁強度、剛度和穩(wěn)定性抗風設(shè)計的制約因素。渦激振動是橋梁結(jié)構(gòu)風致振動的一種形式,帶有強迫和自激的雙重性質(zhì)。渦激振動雖然不會像顫振一樣導(dǎo)致橋梁災(zāi)難性的破壞,但是它的發(fā)生風速低、頻率高,有可能導(dǎo)致桿件裂紋或疲勞破壞,較大的振幅將影響行車的舒適性和安全性。因此，渦激振動是橋梁風工程領(lǐng)域中一個非常重要的問題。鑒于對橋梁渦激振動的研究越來越重

2、視，本文選取了橋梁工程中常用的兩類斷面：類流線型及帶挑臂斷面，對其渦激共振的攻角效應(yīng)、雷諾數(shù)效應(yīng)、跨向相關(guān)性及風場效應(yīng)進行系統(tǒng)研究，從壓力層面揭示其對渦激響應(yīng)影響的內(nèi)在機理，并對渦激振動的試驗方法提出了建議。本文主要進行了以下研究：
　　1.研究了類流線型橋梁斷面在不同風攻角下的渦激響應(yīng)。在模型表面布置測壓孔，通過壓力掃描閥測量不同攻角下渦激共振發(fā)生時斷面上各個測點的壓力時程。研究了渦激響應(yīng)隨攻角的變化規(guī)律及結(jié)構(gòu)表面壓力分布在渦激

3、共振發(fā)生時隨風攻角的變化規(guī)律。結(jié)果表明，來流攻角的改變實質(zhì)上是改變了浸沒在流場中的氣動外形，并且不同攻角下的Strouhal數(shù)不相同。
　　2.通過改變模型縮尺比來改變雷諾數(shù)大小，研究類流線型橋梁斷面及帶挑臂斷面渦激響應(yīng)的雷諾數(shù)效應(yīng)；分析雷諾數(shù)對振動頻譜、脈動壓力功率譜、表面壓力分布及脈動壓力系數(shù)的影響，揭示了點氣動力與總氣動力相關(guān)性及脈動壓力系數(shù)的雷諾數(shù)效應(yīng)是造成渦激共振雷諾數(shù)效應(yīng)的內(nèi)在原因。
　　3.研究風洞試驗中模型的

4、尺寸大小對渦振響應(yīng)結(jié)果的影響。通過改變模型寬度來改變長寬比，并在兩種長寬比模型的1/2、1/4、1/8長度處布置測壓孔，研究不同斷面處渦激力的差異；通過壓力沿模型長度方向的相關(guān)性建議渦激共振風洞試驗?zāi)Ｐ偷拈L度不應(yīng)過長，建議將長寬比控制在1.5左右，以確保試驗精度。
　　4.利用格柵形成紊流場，研究均勻流場中渦振響應(yīng)與紊流場中渦振響應(yīng)的差異。結(jié)果表明，渦激響應(yīng)在紊流場中將會減小甚至消失，其根本原因是由于紊流中的脈動成分破壞了氣流的相