橋梁斷面氣動導數(shù)自由耦合振動識別方法研究.pdf

1、顫振和抖振是大跨度橋梁抗風性能研究中的兩個關(guān)鍵問題，而橋梁斷面氣動導數(shù)識別又是大跨度橋梁顫振和抖振性能研究中的一個重要環(huán)節(jié)，并且具有很大的難度，因此至今還沒有得到完善的解決。 本文首先回顧了大跨度橋梁顫振分析的基本方法和氣動導數(shù)識別方法的研究現(xiàn)狀。然后，對基于自由耦合振動節(jié)段模型動態(tài)測力試驗的橋梁斷面氣動導數(shù)識別方法和試驗技術(shù)進行了研究，獲得了以下主要成果： 1、提出了用于氣動導數(shù)識別的自由耦合振動測力頻域法，并編制了相

2、應的識別程序； 2、提出了用于氣動導數(shù)識別的自由耦合振動測力時域法，并編制了相應的識別程序； 3、通過數(shù)值仿真試驗、利用所提出的氣動導數(shù)識別自由耦合振動測力頻域法和時域法對理想平板斷面的氣動導數(shù)進行了識別，并與理論解進行了比較，獲得了滿意的結(jié)果，從而初步驗證了所提出方法的可行性和適用性。 4、開發(fā)了一種利用直接安裝在振動節(jié)段模型上的四個一維梁式應變天平、并能自動消除彈簧恢復力和阻尼力的自由耦合振動節(jié)段模型氣動自激

3、力測量新方法； 5、通過節(jié)段模型風洞試驗、利用所提出的氣動導數(shù)識別自由耦合振動測力頻域法和時域法對寬高比為22.5的準平板斷面的氣動導數(shù)進行了識別，并與相應的強迫振動試驗結(jié)果和平板斷面氣動導數(shù)的理論解進行了比較，獲得了較為滿意的結(jié)果，從而進一步驗證了所提出識別方法的可行性和適用性。 上述自由耦合振動測力法與自由耦合振動系統(tǒng)辨識法、自由耦合振動測壓法等幾種目前常用的氣動導數(shù)識別方法一樣，都是按試驗中的各級風速逐步進行氣動導

4、數(shù)識別。由于受到有效方程數(shù)的限制，一般都不得不假設所有與豎向運動有關(guān)聯(lián)的氣動導數(shù)僅為豎向折減頻率或折減風速(以豎向運動為主模態(tài)對應的折減頻率或折減風速)的函數(shù)，所有與扭轉(zhuǎn)運動有關(guān)聯(lián)的氣動導數(shù)僅為扭轉(zhuǎn)折減頻率或折減風速(以扭轉(zhuǎn)運動為主模態(tài)對應的折減頻率或折減風速)的函數(shù)，從而會明顯降低高風速時的氣動導數(shù)設別結(jié)果的精度。為此，同濟大學的丁泉順博士等近期對傳統(tǒng)的基于自由耦合振動測振試驗的氣動導數(shù)識別系統(tǒng)辨識法進行了改進。該改進方法拋棄了傳統(tǒng)的

5、按試驗風速逐步進行氣動導數(shù)識別的策略，而是采用按事先指定的一系列折減頻率或折減風速逐步進行氣動導數(shù)識別的策略。對應每一個折減頻率或折減風速，根據(jù)各級風速下試驗所識別出的模態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，通過插值得方法得到相應的兩個固有模態(tài)對應的模態(tài)參數(shù)；然后，建立氣動導數(shù)和模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，并求得該指定折減頻率對應的氣動導數(shù)。 本文所作的最后一項工作就是以平板斷面氣動導數(shù)為對象，通過數(shù)值仿真計算和風洞試驗方法對該新方法的可行性和適用性進行驗證，