大幅振动桥梁非线性气动特性风洞试验研究

摘要

桥梁跨度不断增大，结构刚度越来越小，风致振动问题愈发严重。传统的线性理论框架仅适用于微幅振动，风洞试验和数值风洞中观察到的极限环颤振、倍频、混频等现象也说明了明显的气动非线性效应。因此，大幅振动桥梁主梁断面的气动非线性研究显得尤为重要。本文针对两种典型断面，薄平板断面和H型断面，采用自行研发的自由振动悬挂装置，对其进行均匀流场和紊流场中大幅振动风洞试验研究，并做相关计算分析。主要研究内容如下： （1）对薄平板模型及H型断面在0风速0°攻角下，施加单自由度竖向和扭转激励，考察其频率及阻尼比随振幅变化情况。结果表明：竖弯频率和扭转频率随振幅变化很小，系统的机械阻尼比随振幅变化很小，系统特性稳定。 （2）通过对薄平板断面，在均匀流场及紊流场中，初始攻角分别为0°、+5°、0°、+5°时，在高风速区间不施加初始激励，观测其颤振过程，求解瞬时频率及阻尼比。在低风速区间，对其施加初始激励后，模型做衰减振动。结果表明：随着振幅的增大，频率逐渐减小，在相同振幅条件下，气动负阻尼比绝对值随风速增加而增加，因此风速越高，模型发散的越快。相同风速条件下，阻尼比的绝对值不断增大，因此发生速率不断增大。在低风速区间，模型做衰减振动。受正气动阻尼的影响。风速越低，气动阻尼越大，模型衰减速率越快。 （3）通过对H型断面模型，在均匀流场0°、+5°攻角及紊流场0°攻角下，不同风速，可知模型均做极限环振动。随着振幅的增大，瞬时频率逐渐减小，阻尼比随振幅的增大而增大。在低风速区间,模型做衰减振动，衰减过程中，阻尼做功逐渐与气动力做功抵消，阻尼比逐渐减小，直至降低到0附近。

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