《大跨度分離雙箱梁橋分布渦激力模型與渦振應力分析》是依託同濟大學，由朱青擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大跨度分離雙箱梁橋分布渦激力模型與渦振應力分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱青
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
渦激共振是大跨度橋樑典型風致振動的一種。由於渦振可以在較低風速下發生，頻繁的渦激將影響橋樑的疲勞壽命和使用安全。現有的大跨度橋樑渦振分析主要通過節段模型試驗識別得到二維的渦激力，再將二維渦激力施加到桿系單元組成的有限元模型上。這樣的分析方法忽略了渦激力在橋樑斷面上的不均勻分布，也無法套用於考慮局部精細化模型的有限元模型，應力回響的計算精度無法保證。本項目的目標是提出一種考慮分布渦激力作用的大跨度橋樑渦振應力分析框架。以渦振問題特別突出的分離雙箱斷面為研究對象識別渦激力在分離雙箱斷面上的分布; 建立結合分布渦激力模型和大跨度鋼箱梁橋多尺度有限元模型的橋樑渦激應力分析方法。本項目擬建立的考慮分布渦激力作用的大跨度橋樑渦振應力回響分析方法可以更精確地預測渦振下橋樑的應力回響和疲勞壽命，對未來大跨度分離雙箱梁橋的前期設計提供指導。
結題摘要
渦激共振是大跨度橋樑典型風致振動的一種，由於其可以在較低風速下發生，頻繁的渦激共振將影響橋樑的疲勞壽命和使用安全。現有的大跨度橋樑渦激力模型都是基於按截面集中的渦激力，無法考慮渦激壓力在截面上的分布，可能影響計算得到的渦振應力回響的精度。為此，本項目提出了一套能考慮渦激力分布的大跨度橋樑渦振應力分析框架。首先，提出了一種彈簧懸掛模型同步測力測振測壓風洞試驗方法，實現在發生渦激共振的大比例節段模型上同步獲取位移回響、渦激力和渦激壓力。隨後，基於對渦振壓力分布特性的分析，提出了一種基於壓力本徵正交分解（POD）的半經驗渦激力分布模型，並以渦激共振問題較為突出的分離雙箱斷面為研究對象，通過對試驗得到渦激壓力分布進行POD，再對POD前幾階模態坐標進行建模和參數識別，實現用較少的參數描述斷面渦激力分布。然後，提出了一直結合多尺度有限元建模和渦振時程分析的能考慮渦激力分布的渦振應力分析方法。最後，還提出了一種能考慮來流紊流影響的渦激力模型，並將其引入全橋渦振回響分析，分析了紊流對渦振回響的影響。本項目的研究結果顯示：渦激壓力存在顯著的多階倍頻分量，具有非線性特性，不同位置的壓力頻譜特性有非常大的差別；為渦激共振提供負阻尼的基頻分量壓力主要集中在下游箱梁的迎風側下部，以及背風側上部，為渦激共振自限幅現象提供正阻尼的三倍頻壓力分量主要集中在下游箱梁的迎風側；渦激壓力前3階POD模態就貢獻了超過95%的能量。因此，採用本項目提出的渦激力分布模型一共只需要6個參數就可以較好地反映斷面的渦激力分布；渦振應力功率譜中，基頻成分占絕對主導地位，三次倍頻成分比基頻成分小兩個數量級以上，其他高次倍頻成分都可以忽略不計，順橋向應力的分布基本關於主梁的中性軸對稱，說明渦振應力回響主要是有主梁豎向模態的振動引起的，應力分布和壓力分布的關係不大；來流紊流對分離雙箱斷面渦振回響影響明顯，6%的紊流度可以使渦振振幅降低超過一半。
