基于自由振动法的颤振导数识别及其识别精度研究

摘要

大跨度桥梁的在自然风作用下的颤振是一种极具破坏性的自激发散振动，桥梁主梁的颤振导数是评估颤振稳定性的重要参数。颤振导数通常借由桥梁断面二维刚性节段模型的风洞测振试验识别获得。风洞试验方法可分为两类:强迫振动法与自由振动法。本文针对自由振动法进行研究，详细内容如下:
　　1)回顾了近现代桥梁，尤其是缆索承重体系桥梁风工程的发展，介绍了桥梁断面颤振导数的各类识别方法;
　　2)论述了桥梁主梁断面颤振导数的物理意义，并详细介绍了基于桥梁主梁刚性节段模型自由振动试验颤振导数识别方法的理论基础;
　　3)详细介绍了基于状态空间理论的用于系统模态参数识别的特征系统实现算法(ERA)的基本原理，并基于此原理结合数值仿真对一二自由度自由振动系统的各类物理参数进行了识别，验证了该方法的可行性，并指出了该方法在识别精度方面的不足;
　　4)针对采用自由振动时域法进行颤振导数识别可能产生的误差问题，分别从颤振导数识别算法的改进、噪声源的分析、以及试验参数的优化等几个方面作出了相应的探究，并得出了一系列的结论:改进的相关ERA算法（ERA/DC）在识别精度上具有优越性;节段模型的测振系统的振动不稳定性会对颤振导数识别精度产生影响，试验时需加以考虑;提高模型的质量和质量惯性矩能够在一定程度上提高节段模型在高来流风风速下的颤振导数识别精度。
　　5)根据上述的提高颤振导数识别精度的研究成果，分别对两种典型的大跨度桥梁断面进行了颤振导数识别研究。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 问题的引入

1．1．1 桥梁的发展

1．1．2 桥梁风工程

1．1．3 颤振导数的引入

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于桥梁刚性节段模型的自由振动识别法

1．2．2 基于桥梁刚性节段模型的强迫振动识别法

1．2．3 颤振导数在紊流场中的识别研究

1．2．4 拉条模型试验识别方法

1．2．5 全桥气弹模型试验方法

1．2．6 其它识别方法

1．3 本文的主要研究内容

第二章 基于节段模型自由振动试验的颤振导数识别理论

2．1 颤振导数的理论描述

2．1．1 理想平板气动自激力理论

2．1．2 Scanlan桥梁主梁断面颤振导数理论

2．1．3 理想平板的颤振导数

2．1．4 采用无量纲风速表示的气动自激力和颤振导数

2．2 颤振导数识别的自由振动时域识别法

第三章 基于状态空间理论的ERA模态参数识别法

3．1 引言

3．2 状态空间理论基础

3．2．1 振动系统的时间连续状态方程

3．2．2 振动系统的时间离散状态方程

3．3 振动系统的模态参数识别

3．3．1 系统的可控性与可观性

3．3．2 脉冲响应函数

3．3．3 ERA算法的基本原理

3．3．4 模态参数识别

3．4 基于广义逆理论的系统参数识别

3．5 颤振导数的识别

3．6 数值仿真验证

3．6．1 动力系统响应的Newmark-β法

3．6．2 具有二自由度振动系统数值仿真

3．7 本章小结

第四章 提高桥梁颤振导数识别精度的措施

4．1 引言

4．2 颤振导数识别算法优化

4．2．1 相关特征系统实现算法理论

4．2．2 理想平板颤振导数识别数值仿真

4．2．3 风洞中的薄平板颤振导数识别

4．3 风洞试验振动系统物理参数优化

4．3．1 桥梁节段模型振动模态影响分析

4．3．2 模型质量、质量惯性矩影响分析

4．4 本章小结

第五章 实际桥梁节段模型颤振导数识别

5．1 引言

5．2 流线型箱梁主梁节段模型颤振导数识别

5．3 钝体箱梁主梁节段模型颤振导数识别

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目