基于測力測壓復合節(jié)段模型的氣動力測試技術研究.pdf

1、對于大跨度柔性橋梁，主梁渦激共振和抖振是最常見的兩種風致振動形式，減小或抑制渦振、抖振振幅是大跨度橋梁抗風設計中非常重要的內容，揭示渦激共振的機理和準確預測橋梁結構抖振響應也是大跨度橋梁抗風研究中的重要課題，但這需要建立在準確認識和表達渦激力與抖振力荷載的基礎上。鑒于此，本文開發(fā)了三節(jié)段測力測壓模型裝置，通過典型斷面節(jié)段模型風洞試驗，研究了渦激力和抖振力的測試技術及其有關特性，為今后研究渦激力的準確表達式和氣動導納的準確識別方法奠定基礎

2、。本文完成的主要工作和成果如下:
　　(1)闡述了現(xiàn)有的渦激共振和抖振分析理論，分析了現(xiàn)有的風洞試驗模型氣動力測試方法，提出了本文的主要研究內容。
　　(2)設計開發(fā)了一套三節(jié)段測力測壓復合節(jié)段模型裝置，可以分別通過內置天平和表面壓力積分同時得到模型上的氣動力，并研究了模型氣動力的獲取方法與慣性力等干擾荷載的剔除技術。
　　(3)通過均勻流場風洞試驗，測試了典型矩形斷面和橋梁斷面在渦激共振鎖定區(qū)間內的渦激力，并基于渦激

3、力做功情況和渦激力與響應位移之間的相位差分析了渦激力特性，發(fā)現(xiàn)渦激共振時渦激力隨折減風速的變化曲線和響應位移隨折減風速的變化曲線類似，但是力和位移的相位差在整個渦激共振區(qū)間內是不斷變化的，而渦激力在整個鎖定區(qū)間內做正功，且在最大振幅之前隨折算風速的增大而增大，當風速超過最大振幅區(qū)域，力和位移之間的相位差發(fā)生改變，導致渦激力做功隨折算風速增加而減小，最后做功為零時渦激共振消失。
　　(4)通過矩形斷面和橋梁斷面的豎彎渦振測試的渦激力

4、，基于Newmark-β法反算的位移時程與實測位移時程的一致性確定了渦激力測試結果的可靠性進一步采用該測試的渦激力時程識別了Scanlan經(jīng)驗非線性模型參數(shù)，并與Ehsan-Scanlan基于響應位移的參數(shù)識別方法進行了比較，結果表明位移識別參數(shù)法得到的渦激力結果與直接測試的渦激力結果相差較大。
　　(5)通過壓力積分方法與測力天平分別得到了矩形斷面的渦激力，對比發(fā)現(xiàn)動態(tài)壓力積分方法得到的渦激力結果偏小;通過表面壓力數(shù)據(jù)研究了氣動

5、力的展向相關性，發(fā)現(xiàn)彈性懸掛時渦激升力的展向相關性隨系統(tǒng)阻尼比增大有所下降，而模型固定時測試的漩渦渦脫力的展向相關性明顯小于彈性懸掛時渦激升力的展向相關性，表明氣動自激力對渦激力展向相關性影響明顯。
　　(6)對比研究了順風向主動格柵產生的不同諧波風場的風場特性，并通過壓力積分和天平測試得到了該風場下彈性懸掛和剛性固定矩形斷面節(jié)段模型的氣動力;對比了諧波風場中氣動力與來流風速的展向相關性發(fā)現(xiàn)抖振力的升力和升力矩展向相關性均好于同位