大跨度斜拉橋抖振響應(yīng)的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)研究.pdf

1、當(dāng)代跨江跨海橋梁向著大跨度柔性方向發(fā)展,隨著橋梁跨徑的長(zhǎng)大化,橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為主要控制因素之一。目前普遍采用的由Scanlan和Davenport于20世紀(jì)60年代建立起來(lái)的橋梁風(fēng)振理論框架是否需要補(bǔ)充和改進(jìn),以適應(yīng)超大跨度橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是一個(gè)令人關(guān)注的課題。如何做到大跨度橋梁抗風(fēng)精細(xì)化分析,氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)是橋梁抖振精細(xì)化研究的一個(gè)重要參數(shù)。本文開(kāi)展了以下研究(1)利用Scanlan二維流場(chǎng)中的升力和力矩的擬定常力模型,采用變尺度法

2、對(duì)殘差目標(biāo)函數(shù)求無(wú)約束最優(yōu)化,建立了MITD時(shí)域優(yōu)化的顫振導(dǎo)數(shù)理論識(shí)別方法,通過(guò)對(duì)平板模型的數(shù)值仿真和解析解對(duì)比,驗(yàn)證了識(shí)別方法的有效性和適應(yīng)程度。在風(fēng)洞試驗(yàn)識(shí)別出了湍流風(fēng)場(chǎng)中模型一(閉口扁平流線型鋼箱梁模型)的顫振導(dǎo)數(shù),再利用顫振導(dǎo)數(shù)和氣動(dòng)導(dǎo)納的關(guān)系,進(jìn)行氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)識(shí)別。
　　 (2)通過(guò)討論脈動(dòng)風(fēng)引起的非定?？諝舛墩窳δＰ拖碌臍鈩?dòng)導(dǎo)納函數(shù)識(shí)別理論和方法,建立了引入抖振力譜的氣動(dòng)導(dǎo)納識(shí)別方法。通過(guò)對(duì)比風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得的類平板模型

3、的氣動(dòng)導(dǎo)納和Sears導(dǎo)納函數(shù),發(fā)現(xiàn)二者較接近,說(shuō)明了該識(shí)別方法是可行的。
　　 (3)針對(duì)三種典型橋梁截面模型一(閉口扁平流線型箱梁)、模型二(開(kāi)口扁平流線型箱梁)和模型三(鈍體主梁)的氣動(dòng)導(dǎo)納風(fēng)洞識(shí)別試驗(yàn),試驗(yàn)內(nèi)容包括:1)脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)模擬和測(cè)量技術(shù),在風(fēng)洞中建立了湍流強(qiáng)度均勻的格柵湍流場(chǎng)；2)介紹了高頻動(dòng)態(tài)天平測(cè)力的原理,建立了高頻動(dòng)態(tài)天平的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)5分量高頻動(dòng)態(tài)天平的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行了校檢。分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),1)箱

4、梁底板開(kāi)閉口、有無(wú)欄桿等模型氣動(dòng)外形變化和小幅度攻角變化對(duì)氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的影響不明顯；2)引入抖振力譜方法識(shí)別出來(lái)4種模型6個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)均與Sears導(dǎo)納函數(shù)具有很好的一致性,在測(cè)試段的低頻段均比Sears函數(shù)略小一些,但在測(cè)試段的高頻段幾乎重合；3)欄桿、箱梁底板開(kāi)槽和由類平板漸變到鈍體等模型的氣動(dòng)外形變化對(duì)氣動(dòng)導(dǎo)納值的影響在低頻段模型外形越鈍,氣動(dòng)導(dǎo)納值越大,但不超過(guò)1,而在高頻段對(duì)｜XLu｜2、｜XDu｜2、和｜XMu｜2的影響不

5、明顯。
　　 (4)應(yīng)用引入氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的多模態(tài)耦合斜拉橋抖振響應(yīng)計(jì)算方法,對(duì)主跨720m的廈門-漳州跨海大橋北汊斜拉橋進(jìn)行了抖振頻域分析,計(jì)算出了多種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)下的抖振響應(yīng)。并通過(guò)與全橋氣彈模模型抖振試驗(yàn)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證氣動(dòng)導(dǎo)納識(shí)別結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際橋梁工程的適用性及可靠性。
　　 (5)通過(guò)計(jì)算廈門-漳州跨海大橋北汊橋720m主跨大跨度斜拉橋的抖振響應(yīng),得出氣動(dòng)導(dǎo)納取1和Sears函數(shù)計(jì)算大跨度斜拉橋的抖振,都高