影響主梁渦激共振試驗(yàn)結(jié)果的因素及其機(jī)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(duì)風(fēng)作用更加敏感,氣動(dòng)彈性問(wèn)題已成為大跨度及超大跨度橋梁強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性抗風(fēng)設(shè)計(jì)的制約因素。渦激振動(dòng)是橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)的一種形式,帶有強(qiáng)迫和自激的雙重性質(zhì)。渦激振動(dòng)雖然不會(huì)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(fēng)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(dòng)是橋梁風(fēng)工程領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的問(wèn)題。鑒于對(duì)橋梁渦激振動(dòng)的研究越來(lái)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(duì)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(fēng)場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，從壓力層面揭示其對(duì)渦激響應(yīng)影響的內(nèi)在機(jī)理，并對(duì)渦激振動(dòng)的試驗(yàn)方法提出了建議。本文主要進(jìn)行了以下研究：
　　1.研究了類流線型橋梁斷面在不同風(fēng)攻角下的渦激響應(yīng)。在模型表面布置測(cè)壓孔，通過(guò)壓力掃描閥測(cè)量不同攻角下渦激共振發(fā)生時(shí)斷面上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力時(shí)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(shí)隨風(fēng)攻角的變化規(guī)律。結(jié)果表明，來(lái)流攻角的改變實(shí)質(zhì)上是改變了浸沒(méi)在流場(chǎng)中的氣動(dòng)外形，并且不同攻角下的Strouhal數(shù)不相同。
　　2.通過(guò)改變模型縮尺比來(lái)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(duì)振動(dòng)頻譜、脈動(dòng)壓力功率譜、表面壓力分布及脈動(dòng)壓力系數(shù)的影響，揭示了點(diǎn)氣動(dòng)力與總氣動(dòng)力相關(guān)性及脈動(dòng)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(fēng)洞試驗(yàn)中模型的

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