大跨度斜拉桥主梁断面气动导纳试验研究

摘要

大跨度斜拉桥由于质量轻、柔度大、阻尼小等原因，会不可避免地发生抖振。桥梁结构的抖振主要是由大气紊流成分引起的。紊流引起桥梁过大的抖振响应除了会造成结构的局部疲劳破坏、行人感觉不舒适以及行车的安全外，甚至可能会造成结构直接破坏，因此，正确评估桥梁抖振响应是十分重要的，而气动导纳在桥梁抖振响应分析计算中起着至关重要的作用。为了研究某大跨度斜拉桥采用的流线型钢箱梁断面的气动导纳，论文利用节段模型风洞试验和理论分析相结合的方法，对该大跨度斜拉桥的流线型钢箱梁断面的气动导纳进行了试验研究。主要内容包括以下几方面：
　　 1、通过对以往气动导纳研究结果的回顾和总结，对气动导纳的定义及力学意义进行了进一步的明确。介绍了桥梁断面气动导纳识别的三种理论方法及气动导纳的试验测量技术，并给出了本文试验的方案，为气动导纳风洞试验提供了实施依据。
　　 2、详细介绍了大气边界层及描述大气紊流统计特性的参数。采用格栅等模拟装置建立了风洞试验紊流场，测量了它的主要特性并给出了紊流强度及脉动风速功率谱的试验结果，试验数据分析表明建立的格栅紊流场满足试验要求。
　　 3、针对某斜拉桥主梁截面的推荐方案和比较方案(开、闭口流线型钢箱梁)两种模型，利用建立的格栅紊流场，以及高频天平和热线风速仪等仪器，采用等效气动导纳法对模型的气动导纳进行了测量，同时对试验结果进行了分析并拟合出了这两种断面的气动导纳试验曲线。然后还系统地研究了来流平均风速、风攻角和有无栏杆等参数对于识别气动导纳的影响，得出了一些重要的结果和结论。
　　 4、介绍了抖振计算中的抖振力计算模型，然后建立了基于试验气动导纳的大跨桥梁抖振频域分析方法，并以某大跨度斜拉桥为实例，计算了它的抖振响应。同时与全桥气弹模型风洞试验结果进行对比，得出基于节段模型试验气动导纳的抖振响应频域分析可以得到比较满意的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1桥梁风致振动

1.1.1驰振

1.1.2颤振

1.1.3抖振

1.1.4涡激振动

1.2桥梁抖振响应的研究方法及现状

1.2.1抖振频域分析

1.2.2抖振时域分析

1.3气动导纳函数的研究及发展

1.4本文的选题工程背景和研究目的

1.4.1选题工程背景

1.4.2研究目的

1.5本文的主要内容

2气动导纳基本理论与识别方法

2.1机翼断面的理论气动导纳函数

2.2桥梁断面的理论气动导纳函数

2.3桥梁气动导纳的识别理论

2.3.1气动导纳识别的气动导数法

2.3.2气动导纳识别的互功率谱法

2.3.3气动导纳识别的等效气动导纳法

2.4气动导纳经验公式

2.5气动导纳的测量技术

2.5.1紊流脉动风的产生及测量

2.5.2试验模型

2.5.3试验识别方法

2.6本文试验方案

2.7本章小结

3大气边界层紊流特性及格栅紊流场的建立

3.1大气边界层

3.2大气紊流特性

3.2.1脉动风速

3.2.2紊流强度

3.2.3紊流空间相关性

3.2.4紊流积分尺度

3.2.5紊流功率谱密度函数

3.3大气紊流的风洞模拟

3.3.1紊流模拟方法

3.3.2格栅紊流场的建立

3.3.3格栅紊流场试验结果与分析

3.4本章小结

4桥梁断面气动导纳试验研究

4.1引言

4.2气动导纳试验准备

4.2.1试验设备

4.2.2试验模型

4.2.3试验工况安排

4.3静力三分力系数测量

4.3.1静力试验模型

4.3.2静力三分力试验工况

4.3.3静力三分力试验结果

4.4气动导纳测量结果及讨论

4.4.1气动导纳测量结果

4.4.2气动导纳试验曲线拟合

4.4.3气动导纳影响参数分析

4.4.4开闭口流线形箱梁气动导纳比较

4.5本章小结

5大跨度斜拉桥抖振响应频域分析

5.1概述

5.2风荷载计算模型及取值

5.2.1抖振力

5.2.2自激力

5.3频域内抖振计算方法

5.4某大跨度斜拉桥抖振响应频域分析

5.4.1桥梁结构概述

5.4.2结构动力特性

5.4.3抖振响应计算结果及讨论

5.5本章小结

6结论

6.1主要研究工作

6.2主要研究结论

6.3有待于进一步研究的问题

致 谢

参考文献

附录