《橋樑結構渦激力精細化研究與渦激共振的三維分析方法》是依託湖南大學，由牛華偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：橋樑結構渦激力精細化研究與渦激共振的三維分析方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：牛華偉
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
渦激振動是大跨度橋樑結構在較低風速下容易發生的一種有害的風致振動現象。與橋樑顫振的研究進程相比，橋樑結構渦激振動機理和理論研究一直處於滯後狀態，迄今為止尚未形成系統的被普遍接受的橋樑結構渦激振動機理和理論描述，這在一定程度上制約了橋樑結構抗風設計理論的發展，我國規範中關於渦激振動方面的條文已遠遠不能滿足現有大跨度橋樑建設的需要。本項目擬從渦激力的本質特性入手，採用強迫振動裝置、三節段測力測壓複合節段模型等先進的風洞試驗手段對渦激力進行精細化測量，研究渦激力和振動位移之間的相位關係，並結合CFD數值模擬對渦激力的本質特性進行深入分析，系統研究渦激力自激－限幅特性形成的機理，考察並改進現有的非線性半經驗渦激力模型。基於實測自激力的展向相關性函式和有限元模型提出橋樑結構渦激振動回響的三維分析方法。在試驗測量和理論分析的基礎上，提出適用於目前大跨度橋樑設計的渦振幅值計算方法。
結題摘要
本項目主要針對橋樑結構有關的風致渦激共振回響及渦激力特性進行了研究，屬於土木工程領域的套用基礎研究。研究過程綜合套用了節段模型自由振動試驗、強迫振動試驗、氣動彈性模型風洞試驗等試驗技術和CFD數值模擬手段，取得了如下主要成果： （1）通過節段模型自由振動風洞試驗研究了矩形斷面、H型斷面、邊主梁斷面等多種橋樑構件截面的渦激振動性能，研究了氣動外形、雷諾數、Scruton數、頻率比等參數對渦激振動特性的影響，並選取矩形斷面進行了節段模型強迫振動和氣動彈性模型試驗研究，比較了不同試驗方式對應的渦激振動回響特性的差異。 （2）選擇了矩形和邊主梁截面的四種典型斷面進行了CFD分析，從微觀上研究了氣流經過斷面之後的旋渦脫落特性，並通過模型在靜止狀態、自由振動狀態和強迫振動狀態的試驗結果對比研究了渦激振動產生的渦脫力、包含自激力的渦激力、運動位移的頻率特性以及力和位移之間的相位關係。 （3）研究了尾流振子模型和經驗模型兩類渦激力模型，通過實例1/6矩形斷面的試驗數據考察了常用的Scanlan非線性經驗渦激力模型，發現識別參數對模型系統的依賴性很強，很難把識別結果推廣套用； （4）通過拉條模型研究了渦激振動的相關性，發現渦激共振發生後渦激力沿跨向的相關性顯著增強，並提出了多點支撐彈性連續梁模型進行渦激振動特性的研究； （5）基於Tamura渦激力模型提出了橋樑矩形構件的三維渦振回響分析方法並與試驗結果進行了對比，驗證了其可行性； （6）通過實例對比研究了5種主要的渦激力模型對應的渦激共振幅值估算方法，發現對於簡單的橋樑構件Ruscheweyh估算方法的精度最高，但是用於估算橋樑結構的渦振回響偏差很大； （7）基於26組試驗數據擬合得到了寬高比0.5
