桥梁结构三维气动导纳研究

介绍并阐明了用于结构抖振分析的气动导纳函数的概念,讨论了目前采用的导纳函数并指出其局限性,导出了不同情况下适用于薄板的导纳函数.指出三维气动导纳函数能反映结构外形、脉动风场特性及折减频率的综合影响,是符合工程实际的.最后,总结了风洞试验中进行气动导纳函数研究的2类方法.

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷。研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相关高于风速相关;气动导纳数值显著依赖于紊流积分尺度。利用三维气动导纳计算出的抖振力与气动弹性模型风洞试验吻合良好。

竖向紊流积分尺度影响下的流线型箱梁断面抖振升力空间分布特性及理论建模

为研究竖向紊流积分尺度对于流线型箱梁抖振升力空间分布特性的影响,开展了刚性节段模型测压试验。该文选用竖向紊流积分尺度相差较大的三类流场,用于研究无量纲尺度Lw/B(竖向紊流积分尺度与桥梁宽度之比)对抖振升力空间分布特性的影响规律,提出考虑紊流三维效应影响的流线型箱梁断面三维抖振升力广义模型。结果表明:Lw/B为影响流线型箱梁断面抖振升力空间分布特性的关键控制参数,桥梁紊流三维效应随着Lw/B的降低而显著提高。同时,因风嘴、斜腹板等气动措施显著降低了流线型箱梁断面迎风侧气流的流动分离,使得不同竖向紊流积分尺度下其抖振升力二维气动导纳基本保持不变,表明由竖向紊流积分尺度对该型桥梁抖振升力荷载的高频畸变影响可以忽略,可为流线型箱梁断面结构气动外形优化提供参考。

宽高比2:1矩形断面横风向抖振力紊流三维畸变效应及风洞试验修正方法研究

为了研究紊流尺度效应对钝体抖振力的影响规律,通过刚性节段模型测压试验研究了宽高比2∶1矩形断面在不同紊流积分尺度下抖振力跨向相关性及空间分布特性。结果表明:当紊流积分尺度与钝体特征尺寸相近时,其抖振力的相关性高于脉动风的相关性,紊流三维效应显著;紊流积分尺度引起的尺度效应对横向抖振力的功率谱和气动导纳有明显影响。为了研究该效应影响,提出钝体断面三维气动导纳闭合模型,其由展向全相关流场下的二维气动导纳和相应的展向修正项组成。前者用于紊流畸变效应修正,而后者则可用于紊流三维效应修正。模型分析结果表明,当紊流尺度效应较明显时,紊流三维效应导致的低频能量缺失和紊流畸变效应导致的高频能量衰减会低估抖振荷载,导致结构抗风设计偏不安全。基于风洞试验结果提出了二维气动导纳经验模型,可精确描述紊流畸变效应对抖振荷载高频(约化频率大于1)衰减特性的影响规律。