典型钝体主梁断面涡激振动特性研究

摘要

弱阻尼、长、细、轻、柔、是桥梁发展方向的主趋势,桥梁结构(构件)的动力响应问题挑战着桥梁工程界及风工程界,经过几代人的努力,极具毁坏性的颤、驰振等气动弹性问题已得到基本控制,抗风理论设计可保证结构临界风速高于自然桥址处最大设计风速,在主梁、吊杆、桥塔等结构构件较常出现的涡激振动是一种低风速下的风振形式,虽为限幅振动,但其往复振动形态也能严重影响到桥梁结构(构件)的疲劳,考验着桥梁的强度、稳定性能等,也影响着行人及施工人员的安全及舒适性,这些特点凸显着对涡激振动研究的重要意义。工程人员对实际工程中的涡激振动控制具有很大程度的经验性,往往通过大规模的尝试性试验进行涡激振动的措施制振控制。引起涡激振动的敏感因素很多,极其复杂,使得试验带有很大的盲目性,假使已知断面的某个具体部位控制着涡激振动的发生,再进行针对性的断面改进势必起到事半功倍的效果。
　　本文以某典型钝体断面为研究载体,采集节段梁体模型风洞试验过程中的时程加速度数据及时程压力数据,进而分析采集数据的相关参数(位移值、压力系数脉动值、气动力贡献值、气动力卓越频率值、功率谱密度值、相位谱值等)。从时域、频域两个角度分别讨论涡激振动特性;重点推理阐明了边界层气流漩涡成分周期性脱落激励涡激运动的能量积聚关键区域:基于不同攻角模型梁体的试验响应揭示竖弯涡振特性;依托不同透风形式栏杆模型的试验响应阐述扭转涡激振动特性。

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第一章 绪论

1.1 桥梁风振

1.1.1 颤振

1.1.2 驰振

1.1.3 抖振

1.1.4 涡激振动

1.1.5 拉索风雨激振

1.2 涡激振动理论

1.2.1 涡激振动起源

1.2.2 经典壁面气流分离理论

1.2.3 涡激振动驱动机制

1.3 研究现状

1.3.1 涡激振动的主要影响参数

1.3.2 涡激振动控制

1.4 本文研究意义及内容

第二章 风洞试验内容

2.1 风洞节段模型试验介绍

2.1.1 试验模型悬挂安装

2.1.2 相似原则

2.2 本文涡激振动的试验设计

2.2.1 试验模型

2.2.2 试验工况

2.3 本章小结

第三章 竖弯涡激振动特性研究

3.1 试验现象

3.2 时域分析

3.2.1 竖弯位移的时程变化

3.2.2 升力系数的时程变化

3.2.3 压力系数的分析

3.2.4 气动力（升力）与涡激力相关系数及贡献值分析

3.3 频域分析

3.3.1 自谱分析

3.3.2 互谱分析

3.4 本章小结

第四章 扭转涡激振动特性研究

4.1 试验现象

4.2 时域分析

4.2.1 扭转位移的时程变化分析

4.2.2 扭矩系数的时程变化分析

4.2.3 压力系数的分析

4.2.4 气动力（扭矩）与涡激力相关系数及贡献值分析

4.3频域分析

4.3.1 自谱分析

4.3.2 互谱分析

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢