橋樑斷面非定常氣動力的可疊加性研究

《橋樑斷面非定常氣動力的可疊加性研究》是依託湖南大學，由張志田擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：橋樑斷面非定常氣動力的可疊加性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張志田
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

橋樑在空間脈動風場中的力學行為問題涉及到結構振動的自激力描述、脈動風引起的氣動力描述兩大方面。通過與航空學中薄機翼理論的對比可知，多年來橋樑顫抖振理論及氣動導納理論均沿用了機翼理論中的非定常氣動力可疊加性。然而，非定常氣動力可疊加性是否適合於鈍體橋樑斷面決定了顫抖振模型以及該模型中內嵌的氣動導納理論的合理性。本申請項目通過研究薄機翼非定常氣動力的形成機理以及假設前提，再結合機翼非定常氣動力理論中一些基本假定在橋樑風工程中的套用現狀，討論橋樑顫抖振理論以及氣動導納理論中多年來存在的問題、指出可能的解決途徑，在研究思路上富有突破性地脫離長期以來的理論誤區。在新研究思路的指導下，針對鈍體橋樑斷面展開一系列的試驗研究並根據斷面非定常氣動力可疊加的程度進行合理分類。區別對待近似滿足與不滿足非定常氣動力疊加原理的兩種類型，在此基礎上探討相應的試驗識別方法、氣動導納識別方法以及橋樑隨機風振的顫抖振模型。

結題摘要

本項目針對大跨度橋樑非定常氣動力的基本特性展開研究。主要研究內容涉及到橋樑的顫振穩定性、非線性後顫振時程理論、氣動導納的本質特性、懸索橋長吊桿的非線性風致共振等多項內容。主要研究成果包含以下幾方面：（1）鈍體橋樑的非定常氣動力不具備有可疊加性，體現在氣動自激力與抖振力不可疊加，以及各頻率湍流成份對抖振力的貢獻不可疊加。因此，傳統意義下的氣動導納函式，即不依賴於風場特性的導納函式對於鈍體橋樑而言不存在。我們在橋樑風工程中套用氣動導納函式時，必須注意試驗中紊流場與實際情況的相似性；（2）提出了多階段階躍函式的橋樑後顫振分析理論，結束了採用單一顫振臨界風速評價橋樑氣動穩定性能的現狀。後顫振理論方法的提出，使得我們有能力對結構顫振後極限環振幅隨風速的演變進行計算，這一理論的提出，使得今後有途徑對橋樑抗風穩定的強健性進行評估與改善；（3）首次提出，並在試驗室里再現了橋樑主結構隨機抖振引起長吊桿內共振這一概念。這一概念的提出，成功地解釋了困惑國際風工程領域長達十多年的長吊桿風振現象。這類長吊桿的大幅風振，多次在大帶東橋與我國西堠門大橋上出現。對這一現象本質的認識，有助於有效減振措施的提出；（4）從理論解決了橋樑渦激共振節段模型與原型橋樑的振幅轉換關係，彌補了國內、國際上各規範的不足；