橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)自由耦合振動(dòng)識(shí)別方法研究.pdf

1、顫振和抖振是大跨度橋梁抗風(fēng)性能研究中的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，而橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別又是大跨度橋梁顫振和抖振性能研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，并且具有很大的難度，因此至今還沒(méi)有得到完善的解決。 本文首先回顧了大跨度橋梁顫振分析的基本方法和氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法的研究現(xiàn)狀。然后，對(duì)基于自由耦合振動(dòng)節(jié)段模型動(dòng)態(tài)測(cè)力試驗(yàn)的橋梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法和試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了研究，獲得了以下主要成果： 1、提出了用于氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別的自由耦合振動(dòng)測(cè)力頻域法，并編制了相

2、應(yīng)的識(shí)別程序； 2、提出了用于氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別的自由耦合振動(dòng)測(cè)力時(shí)域法，并編制了相應(yīng)的識(shí)別程序； 3、通過(guò)數(shù)值仿真試驗(yàn)、利用所提出的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別自由耦合振動(dòng)測(cè)力頻域法和時(shí)域法對(duì)理想平板斷面的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，并與理論解進(jìn)行了比較，獲得了滿意的結(jié)果，從而初步驗(yàn)證了所提出方法的可行性和適用性。 4、開(kāi)發(fā)了一種利用直接安裝在振動(dòng)節(jié)段模型上的四個(gè)一維梁式應(yīng)變天平、并能自動(dòng)消除彈簧恢復(fù)力和阻尼力的自由耦合振動(dòng)節(jié)段模型氣動(dòng)自激

3、力測(cè)量新方法； 5、通過(guò)節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)、利用所提出的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別自由耦合振動(dòng)測(cè)力頻域法和時(shí)域法對(duì)寬高比為22.5的準(zhǔn)平板斷面的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，并與相應(yīng)的強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果和平板斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)的理論解進(jìn)行了比較，獲得了較為滿意的結(jié)果，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出識(shí)別方法的可行性和適用性。 上述自由耦合振動(dòng)測(cè)力法與自由耦合振動(dòng)系統(tǒng)辨識(shí)法、自由耦合振動(dòng)測(cè)壓法等幾種目前常用的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法一樣，都是按試驗(yàn)中的各級(jí)風(fēng)速逐步進(jìn)行氣動(dòng)導(dǎo)

4、數(shù)識(shí)別。由于受到有效方程數(shù)的限制，一般都不得不假設(shè)所有與豎向運(yùn)動(dòng)有關(guān)聯(lián)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)僅為豎向折減頻率或折減風(fēng)速(以豎向運(yùn)動(dòng)為主模態(tài)對(duì)應(yīng)的折減頻率或折減風(fēng)速)的函數(shù)，所有與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有關(guān)聯(lián)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)僅為扭轉(zhuǎn)折減頻率或折減風(fēng)速(以扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主模態(tài)對(duì)應(yīng)的折減頻率或折減風(fēng)速)的函數(shù)，從而會(huì)明顯降低高風(fēng)速時(shí)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)設(shè)別結(jié)果的精度。為此，同濟(jì)大學(xué)的丁泉順博士等近期對(duì)傳統(tǒng)的基于自由耦合振動(dòng)測(cè)振試驗(yàn)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別系統(tǒng)辨識(shí)法進(jìn)行了改進(jìn)。該改進(jìn)方法拋棄了傳統(tǒng)的

5、按試驗(yàn)風(fēng)速逐步進(jìn)行氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別的策略，而是采用按事先指定的一系列折減頻率或折減風(fēng)速逐步進(jìn)行氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)識(shí)別的策略。對(duì)應(yīng)每一個(gè)折減頻率或折減風(fēng)速，根據(jù)各級(jí)風(fēng)速下試驗(yàn)所識(shí)別出的模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)插值得方法得到相應(yīng)的兩個(gè)固有模態(tài)對(duì)應(yīng)的模態(tài)參數(shù)；然后，建立氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)和模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，并求得該指定折減頻率對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)。 本文所作的最后一項(xiàng)工作就是以平板斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)為對(duì)象，通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)方法對(duì)該新方法的可行性和適用性進(jìn)行驗(yàn)證，