基于高频动态天平测力试验的钢桁梁气动导纳函数研究

摘要

随着桥梁跨度的日益增大，桥梁结构风致振动问题愈发突出，而抖振这一由大气紊流脉动风引起的风振形式不容忽视，进一步研究桥梁结构的抖振理论对准确预测抖振响应和寻求制振措施具有重要意义。准确识别气动导纳是桥梁抖振响应分析精细化的关键突破口，而实验手段仍是当前识别气动导纳的主要手段。针对大跨度桥梁中普遍采用的箱型断面梁的气动导纳，许多学者做了大量的研究并得出了比较成熟的结论，但对于大跨钢桁梁桥的主梁桁架断面讨论甚少，同时由于桁架断面的特殊性和复杂性，适用于翼型和箱型断面气动导纳识别的测压法不再适用。鉴于此种局限性，本次论文将立足于高频底座天平的风洞测力试验对桁架断面的气动导纳进行研究，研究内容如下:
　　(1)介绍了大跨度桥梁抖振响应研究的现状和具体分析方法，同时阐述了气动导纳研究的现状，并指出进一步研究桥梁断面气动导纳对抖振响应分析精细化的重要性。
　　(2)从大气边界层紊流特性和结构断面气动力响应两个层面阐述了抖振响应分析的关键要素。一方面，重点介绍了大气边界层紊流特性和紊流场的风洞模拟技术;另一方面，根据紊流风场中的结构断面气动力响应特点，阐述了气动导纳的识别理论及实验室研究方法。
　　(3)基于理论研究的基础上，展开了试验研究。设计了三种不同缩尺比的桁架节段模型，利用高频动态天平测力试验识别了桁架断面的气动导纳，讨论了攻角变化、风速变化和结构特征尺寸变化对气动导纳的影响。并通过数值拟合得到了桁架断面气动导纳的经验公式。最后，将实测导纳的经验公式应用于实桥的抖振响应计算，公式的正确性得到了验证。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 桥梁的风致振动

1．2 桥梁抖振响应的研究方法

1．2．1 大跨桥梁抖振响应的频域分析

1．2．2 大跨桥梁抖振响应的时域分析

1．2．3 大跨桥梁抖振响应的风洞试验研究

1．3 气动导纳的研究

1．4 论文主要研究工作

第2章 大气边界层紊流特性及风洞模拟技术

2．1 概述

2．2 大气紊流统计特性

2．2．1 脉动风的紊流强度

2．2．2 脉动风的紊流积分尺度

2．2．3 脉动风的紊流功率谱密度函数和脉动风谱

2．2．4 紊流的相关特性

2．3 试验紊流场的风洞模拟技术

2．3．1 试验紊流场的模拟

2．3．2 试验紊流流场特性和风速谱估计

2．4 本章小结

第3章 抖振力模型和气动导纳识别理论研究

3．1 桥梁断面气动力及其模型建立

3．1．1 静风力

3．1．2 自激力

3．2 抖振气动力

3．2．1 两个基本假设

3．2．2 经典抖振力模型

3．3 桥梁断面气动导纳的识别理论

3．3．1 气动导纳的理论识别方法

3．3．2 气动导纳识别的风洞实验技术

3．4 本章小结

第4章 桁架梁断面气动导纳测量的风洞试验

4．1 概述

4．2 试验原理

4．3 HFFB系统工作原理

4．3．1 理想高频动态天平及要求

4．3．2 HFFB基本构造和工作原理

4．4 气动导纳识别的模型试验

4．4．1 模型的设计与制作

4．4．2 模型的风洞试验

4．4．3 试验结果及讨论

4．5 本章小结

第5章 大跨度钢桁梁桥抖振响应分析

5．1 概述

5．2 桥梁概况

5．3 动力特性分析

5．3．1 有限元模型

5．3．2 模态分析结果

5．4 抖振响应计算分析

5．5 本章小结

结论及展望

结论

展望

致谢

参考文献