大跨度斜拉橋抖振響應(yīng)的氣動導納函數(shù)研究.pdf

1、當代跨江跨海橋梁向著大跨度柔性方向發(fā)展,隨著橋梁跨徑的長大化,橋梁的抗風設(shè)計已經(jīng)成為主要控制因素之一。目前普遍采用的由Scanlan和Davenport于20世紀60年代建立起來的橋梁風振理論框架是否需要補充和改進,以適應(yīng)超大跨度橋梁的抗風設(shè)計是一個令人關(guān)注的課題。如何做到大跨度橋梁抗風精細化分析,氣動導納函數(shù)是橋梁抖振精細化研究的一個重要參數(shù)。本文開展了以下研究(1)利用Scanlan二維流場中的升力和力矩的擬定常力模型,采用變尺度法

2、對殘差目標函數(shù)求無約束最優(yōu)化,建立了MITD時域優(yōu)化的顫振導數(shù)理論識別方法,通過對平板模型的數(shù)值仿真和解析解對比,驗證了識別方法的有效性和適應(yīng)程度。在風洞試驗識別出了湍流風場中模型一(閉口扁平流線型鋼箱梁模型)的顫振導數(shù),再利用顫振導數(shù)和氣動導納的關(guān)系,進行氣動導納函數(shù)識別。
　　 (2)通過討論脈動風引起的非定?？諝舛墩窳δＰ拖碌臍鈩訉Ъ{函數(shù)識別理論和方法,建立了引入抖振力譜的氣動導納識別方法。通過對比風洞試驗測得的類平板模型

3、的氣動導納和Sears導納函數(shù),發(fā)現(xiàn)二者較接近,說明了該識別方法是可行的。
　　 (3)針對三種典型橋梁截面模型一(閉口扁平流線型箱梁)、模型二(開口扁平流線型箱梁)和模型三(鈍體主梁)的氣動導納風洞識別試驗,試驗內(nèi)容包括:1)脈動風場模擬和測量技術(shù),在風洞中建立了湍流強度均勻的格柵湍流場；2)介紹了高頻動態(tài)天平測力的原理,建立了高頻動態(tài)天平的動力學模型,并對5分量高頻動態(tài)天平的精密度和準確度進行了校檢。分析試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),1)箱

4、梁底板開閉口、有無欄桿等模型氣動外形變化和小幅度攻角變化對氣動導納函數(shù)的影響不明顯；2)引入抖振力譜方法識別出來4種模型6個氣動導納函數(shù)均與Sears導納函數(shù)具有很好的一致性,在測試段的低頻段均比Sears函數(shù)略小一些,但在測試段的高頻段幾乎重合；3)欄桿、箱梁底板開槽和由類平板漸變到鈍體等模型的氣動外形變化對氣動導納值的影響在低頻段模型外形越鈍,氣動導納值越大,但不超過1,而在高頻段對｜XLu｜2、｜XDu｜2、和｜XMu｜2的影響不

5、明顯。
　　 (4)應(yīng)用引入氣動導納函數(shù)的多模態(tài)耦合斜拉橋抖振響應(yīng)計算方法,對主跨720m的廈門-漳州跨海大橋北汊斜拉橋進行了抖振頻域分析,計算出了多種氣動導納函數(shù)下的抖振響應(yīng)。并通過與全橋氣彈模模型抖振試驗響應(yīng)結(jié)果進行比較,驗證氣動導納識別結(jié)果應(yīng)用于實際橋梁工程的適用性及可靠性。
　　 (5)通過計算廈門-漳州跨海大橋北汊橋720m主跨大跨度斜拉橋的抖振響應(yīng),得出氣動導納取1和Sears函數(shù)計算大跨度斜拉橋的抖振,都高