具有桥塔风效应的桥梁风场数值模拟

摘要

将特征正交分解型谱表示法运用于模拟具有桥塔风效应的桥梁风场中.首先介绍桥塔风效应和桥梁风场的概率描述,然后结合模态截断技术,介绍特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)型谱表示法,该方法是对常用的原型谱表示法的继承和提高,且物理概念更加清晰.通过引入对风速谱矩阵的显式预分解,推导模拟具有桥塔风效应的桥梁风场的简化计算公式,将对付目标功率谱矩阵的特征值分解运算简化为对实矩阵的运算.该方法可用FFT加速,相对于原有的模拟方法具有较高的计算效率.最后,以模拟龙潭河特大桥施工最大双悬臂阶段的脉动风速场为算例,解释了脉动风速过程特征正交分解模态的物理意义,说明该方法的可靠性.在算例中,观察到复杂相关结构下,特征正交分解发生振型交换的现象,并分析其原因.