大跨度橋樑主梁結構渦激力展向相關性試驗研究

《大跨度橋樑主梁結構渦激力展向相關性試驗研究》是依託湖南大學，由劉志文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大跨度橋樑主梁結構渦激力展向相關性試驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉志文
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

我國大跨度鋼橋越來越多，研究與防止渦激振動已成為我國大跨度橋樑抗風設計的關鍵問題之一。目前大跨度橋樑主梁結構渦激振動主要通過節段模型風洞試驗檢驗，而理論分析方法僅停留在二維模型階段，三維理論分析近乎空白，從而無法準確預測渦振振幅。本項目從渦振具有三維空間特性的實際出發，重點研究展向間距、振型及紊流度對典型橋樑主梁斷面渦激力展向相關性的影響。結合二維渦激力模型建立相應的氣動參數識別方法；對閉口鈍體、流線型主梁斷面分別進行節段模型渦激力氣動參數識別和渦激力展向相關性研究；在此基礎上設計簡支主梁結構氣彈模型，研究展向間距、振型對渦激力展向相關性和渦振振幅的影響；在低紊流度條件下，研究展向間距、振型及紊流度對渦激力展向相關性和渦振振幅的影響。將主梁結構二維渦激力模型與渦激力展向相關性函式嵌入到結構有限元模型實現橋樑結構三維渦激振動回響分析，並以一實際橋樑氣彈模型試驗進行驗證。

結題摘要

大跨橋樑結構具有頻率低、阻尼低等特點，主梁結構在風作用下易發生渦激振動，如Kessock橋、第二塞文橋、Rio-Niteroi橋、東京灣大橋、大海帶東橋、伏爾加河大橋及西堠門大橋等均發生了渦激振動，研究與防止橋樑結構渦激振動已成為大跨度橋樑抗風設計的關鍵問題之一。本課題重點開展了橋樑結構二維渦激力模型氣動參數識別方法、典型橋樑主梁斷面渦激力展向相關性試驗研究以及大跨度橋樑結構三維渦激振動回響有限元分析方法研究。主要研究成果： （1）建立了主梁二維渦激力模型氣動參數識別方法及程式分別針對Scanlan經驗線性模型、經驗非線性模型以及Larsen廣義范德波振子模型進行渦激力模型氣動參數識別研究，編寫了渦激力模型氣動參數識別程式。以閉口流線型主梁斷面節段模型試驗數據為基礎，進行了不同渦激力模型氣動參數識別，根據識別結果對主梁節段模型進行渦激振動回響計算，並與試驗結果比較，從而驗證了渦激力氣動參數識別精度。 （2）研究了展向間距、振型對典型主梁斷面渦激力展向相關性的影響首先進行了矩形斷面主梁、閉口流線型斷面主梁節段模型渦激力展向相關性風洞試驗，研究了展向間距對這兩類典型斷面渦激力展向相關性的影響，獲得了矩形斷面主梁、閉口流線型斷面主梁渦振鎖定區內外渦激力展向相關係數變化規律。然後採用拉條模型試驗進行渦激力展向相關性試驗研究，研究了展向間距、振型對渦激力展向相關性的影響。 （3）建立了橋樑結構三維渦激振動回響有限元分析方法 基於大型有限元結構分析軟體ANSYS，結合橋樑主梁結構二維渦激力模型氣動參數識別方法以及典型斷面主梁渦激力展向相關性研究成果，暫不考慮展向間距對渦激力展向相關性影響，僅考慮振型的影響，建立了大跨度橋樑結構三維渦振回響有限元分析方法，並以矩形斷面拉條模型試驗為例進行了驗證。本課題研究成果對於大跨橋樑結構渦激振動回響計算具有重要的參考意義。