大跨度橋樑非線性渦激力模型和三維渦振分析方法研究

《大跨度橋樑非線性渦激力模型和三維渦振分析方法研究》是依託同濟大學，由朱樂東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大跨度橋樑非線性渦激力模型和三維渦振分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱樂東
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

以易發渦振的典型封閉和分離箱形斷面為對象，通過一系列同步測力測振和同步測壓測振節段模型試驗研究橋樑渦激力的非線性特性和跨向相關性，建立相應的非線性渦激力模型參數識別方法和經驗渦激力跨向相關性模型。在此基礎上，通過比較二維節段模型渦振回響的分析和實測結果，深入研究各種渦激力模型的適用性，提出新的實用模型。建立基於非線性渦激力模型和經驗跨向相關性模型的大跨度橋樑三維渦激共振回響分析方法，並套用於實際工程。渦振是大跨度橋樑風致振動的主要形式之一，由於其發生風速較低、機率高，容易造成橋樑結構的疲勞破壞。但至今對渦振非線性特性機理和跨向相關性的認識還較膚淺，渦激力模型識別方法不完善，預測手段停留處在二維節段模型直接試驗法上，缺少合理可行的理論分析方法，尤其是在全橋三維非線性渦振分析方面仍幾乎是空白。因此本項目對橋樑抗風理論的發展、合理預測和評估大跨度橋樑渦激共振性能具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

渦激共振是大跨度橋樑主要風災形式之一，由於其發生風速較低，在實際橋樑中頻繁發生，容易造成鋼橋樑的疲勞問題。但至今對渦振非線性特性機理和跨向相關性的認識還較膚淺，渦激力模型識別的理論和風洞試驗技術還不成熟，對渦激共振評估的規範不完善，缺少合理可行的渦激力非線性數學模型和理論分析方法，因此，預測手段停留處在二維節段模型直接試驗法上，也無法全面準確地考慮渦激共振的全橋三維非線性效應。 通過本項目研究，開發了用於高精度渦激力測試的內置式天平大比例節段模型同步測力測振風洞試驗方法和技術；建立了基於節段模型渦激力時域信號的橋樑斷面渦激力參數時域最小二乘識別方法；發現了扁平箱梁渦激力非線性主要來自振動回響的二次和三次項、中央開槽箱梁渦激力非線性則主要來自振動回響的四次和三次項的渦激力非線性行為的機理；在此基礎上，獲得了合理可靠的扁平箱梁斷面渦激力新非線性數學模型，並對其可靠性進行了不同結構阻尼比大比例節段模型渦激共振回響試驗的交叉驗證；通過大比例節段模型同步測壓測振風洞試驗建立了典型箱梁渦激力跨向相關性數學模型，發現了在渦激共振鎖定區，占主要成份的自激力顯著增加了總渦激力的跨向相關性，其根方相干函式一般都超過了0.9；最後，建立了考慮非線性渦激力和渦激力沿跨向不完全相關性的大跨度橋樑三維非線性渦振回響時域分析方法，發現了由旋渦脫落直接產生的強迫渦激力的跨向不完安全相關性對大振幅渦激共振回響的影響可以忽略。 本項目研究成果不僅促進了橋樑渦激共振理論和試驗技術的發展，填補了相關空白，而且為渦激共振的精細化研究開闢和一條新途徑，更為開展更加合理的基於舒適度、疲勞和強度等橋樑使用和結構性能的大跨度橋樑渦激共振災害評估、完善相關橋樑渦振規範創造了條件，具有重要的理論意義和廣闊的套用前景。