橋梁氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)研究及其應(yīng)用.pdf

1、隨著橋梁跨度的增大，大氣紊流風(fēng)場(chǎng)中脈動(dòng)成分所致的結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)正成為影響結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)抖振響應(yīng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對(duì)抖振荷載的恰當(dāng)描述。氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)反映了紊流各脈動(dòng)分量與抖振荷載之間的氣動(dòng)傳遞過(guò)程，是確定抖振荷載的關(guān)鍵因素，但當(dāng)前在橋梁抖振計(jì)算中廣泛采用的或者不考慮導(dǎo)納函數(shù)或者采用平面薄翼導(dǎo)納函數(shù)的做法存在諸多的不足。 本文基于非定常理論的氣動(dòng)力荷載模型，推導(dǎo)了能有效反映紊流各脈動(dòng)分量對(duì)非定常氣動(dòng)力荷載分量影響的多個(gè)

2、氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的識(shí)別公式。設(shè)計(jì)桁架模型及多個(gè)能反映扁平箱梁特點(diǎn)的節(jié)段模型，在風(fēng)洞試驗(yàn)中結(jié)合高頻動(dòng)態(tài)天平技術(shù)，利用非定常識(shí)別方法，同時(shí)研究了桁架斷面及箱型斷面氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的特點(diǎn)及變化規(guī)律。以兩座大跨度懸索橋?yàn)槔?，考察了本文試?yàn)導(dǎo)納函數(shù)在大跨度橋梁抖振響應(yīng)計(jì)算中的應(yīng)用。主要完成了以下幾方面的工作。首先，對(duì)紊流風(fēng)場(chǎng)中適用于橋梁斷面的荷載模型進(jìn)行了研究，建立了包含6個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)、能分別反映紊流脈動(dòng)分量對(duì)各荷載分量影響程度的非定常氣動(dòng)荷載模型，明

3、確了6個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)所反映的物理意義。其次，研究了橋梁結(jié)構(gòu)中采用的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的使用情況，指出當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)計(jì)算中廣泛采用的機(jī)翼理論氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的不足?；诜嵌ǔ鈩?dòng)荷載模型，確立全部6個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的非定常識(shí)別方法。第三，利用平板模型考察了氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)非定常識(shí)別方法的正確性。設(shè)計(jì)并制作桁架模型及多個(gè)能反映扁平箱梁特點(diǎn)的不同寬厚比的節(jié)段模型，借助高頻動(dòng)態(tài)天平測(cè)量技術(shù)，研究了9種工況下桁架結(jié)構(gòu)斷面及36種工況下箱型斷面的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)

4、特點(diǎn)及其變化規(guī)律，得出一些重要的結(jié)論。通過(guò)合理簡(jiǎn)化，采用數(shù)值擬合技術(shù)給出分別適用于桁架結(jié)構(gòu)斷面和扁平箱梁斷面、可用于實(shí)際抖振荷載計(jì)算的三個(gè)分量的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的表達(dá)式。最后，結(jié)合主跨1108m的廣州珠江黃埔大橋及主跨1088m的貴州壩陵河大橋的抖振計(jì)算，考察了非定常理論識(shí)別的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的適用性。研究表明，本文提出的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)非定常識(shí)別理論及研究方法是可靠的，能合理反映紊流風(fēng)場(chǎng)對(duì)不同非定常抖振荷載的影響。得到的試驗(yàn)導(dǎo)納函數(shù)可方便地用于實(shí)