矩形和流线型箱梁断面抖振力特性研究

摘要

本文借鉴经典紊流张量理论，通过三维抖振力模型，建立了两波数抖振力和气动导纳函数的风洞试验直接识别方法。针对矩形断面及大跨桥梁中常用的流线型箱梁断面，通过大量风洞试验深入研究了抖振力形成机理及能量传递模式，并提出了抖振力相干函数数学模型。并据此建立了适用于工程实际的三维实用抖振力模型，为精确分析大跨度桥梁抖振响应提供重要依据。本文的主要研究内容有以下几点:
　　1.介绍了各向同性紊流张量分析理论以及薄机翼抖振力和三维传递函数（气动导纳函数）的分析方法，总结了桥梁风工程中常用的抖振力和气动导纳模型，并探讨了目前抖振分方法论中存在的一些问题。
　　2.利用经典的翼型抖振力三维分析方法，通过对抖振力互谱进行二维Fourier变换，提出了两波数抖振力谱及气动导纳的通用识别方法。而且该方法可以通过现有风洞试验技术直接识别。在此基础上改进了薄机翼三维实用抖振力模型，提出了具有严格物理意义的抖振力双指数相干函数模型，从理论上证明了抖振力的相关性必定会高于脉动风速的相关性，并将该模型扩展以使其能够应用于具有任意断面的线状细长结构。
　　3.通过一系列节段模型测压试验，详细研究了矩形断面抖振力三维分布特性，流固相互作用机理以及能量传递模式。通过综合考虑矩形断面特征尺寸和紊流积分尺度对于抖振力空间相关性的影响，提出了矩形断面抖振力相干函数数学模型。
　　4.针对大跨桥梁中常用的流线型箱梁，通过不同几何缩尺比的节段模型测压试验，提出了流线型箱梁抖振力相干函数数学模型。并完善了线状细长钝体结构三维实用抖振力模型。最后，以一大跨度斜拉桥为例说明了该模型在大跨度桥梁抖振响应分析中的应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 大跨度桥梁抗风研究历程

1．2 大跨度桥梁抖振分析方法

1．2．1 流线型体抖振分析方法

1．2．2 钝体抖振分析方法

1．2．3 气动导纳

1．2．4 抖振力跨向相关性

1．3 本文的主要研究内容

1．3．1 课题的研究背景及意义

1．3．2 本文工作

1．4 本章小结

第2章 钝体三维抖振力数学模型

2．1 各向同性紊流三维张量理论

2．1．1 各向同性紊流主相关函数

2．1．2 各向同性紊流功率谱

2．1．3 各向同性紊流横向相干函数

2．2 翼型断面三维抖振力

2．2．1 薄机翼两波数升力谱分析

2．2．2 薄机翼两波数升力谱及气动导纳识别方法

2．2．3 NACA0015翼型断面风洞试验验证

2．2．4 现有抖振二维分析方法存在的问题

2．2．5 薄机翼三维实用抖振力模型

2．3 钝体断面三维抖振力

2．3．1 钝体断面两波数三维抖振力模型

2．3．2 钝体断面的3D AAF模型及三维抖振力互谱模型

2．3．3 钝体断面三维抖振力模型中的待拟合参数

2．4 本章小结

第3章 矩形断面抖振力空间分布特性

3．1 测压模型及测点布置

3．2 格栅和尖塔紊流场基本特性

3．2．1 脉动风功率谱

3．2．2 脉动风横向互相关系

3．2．3 脉动风横向相干函数

3．3 表面压力分布特性

3．3．1 表面压力分布

3．3．2 升力方向的流固相互作用机理

3．3．3 阻力方向的流固相互作用机理

3．3．4 截面整体抖振力功率谱特性

3．4 抖振力空间相关性数学模型

3．5 抖振力三维特性分析

3．6 本章小结

第4章 流线型箱梁断面抖振力空间特性

4．1 测压模型及测点布置

4．2 表面压力分布特性

4．3 抖振力空间相关性数学模型

4．4 三维实用抖振力数学模型

4．5 本章小结

第5章 三维实用抖振力模型的工程应用

5．1 桥梁三维抖振响应分析方法

5．2 大跨度斜拉桥应用实例

5．3 关于三维抖振分析结果讨论

5．4 本章小结

第6章 结论及展望

6．1 本文主要研究内容

6．2 主要创新点

6．3 本文主要结论

6．4 对今后研究工作的建议

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间从事的科研项目