矩形断面主梁涡激振动气动力展向相关性试验研究

发布时间：2019-12-02 19:06

【摘要】：桥梁主梁结构涡激振动具有三维特性,主梁涡激力沿展向并不完全同步。在均匀流场条件下针对宽高比为5的矩形断面主梁分别进行了振动状态和静止状态风洞试验,对其气动力、尾流风速、表面压力展向相关性等进行研究。结果表明:振动状态矩形断面主梁气动力展向相关系数比静止状态大,涡振锁定区内升力系数相关系数最大值位于锁定区间上升段而非振幅最大处。振动状态矩形断面主梁尾流区顺风向及竖向脉动风速展向相关系数小于其气动力展向相关系数;静止状态矩形断面主梁尾流区顺风向脉动风速和竖向脉动风速展向相关系数沿展向距离呈指数衰减,且不同风速下对应的衰减曲线比较接近。
【图文】：

几何形状,测压孔,矩形断面,主梁

几何形状断面进行了气动力展向相关性研究，并取得了一定的成果，但对于涡振锁定区内气动力相关性研究相对较少。本文针对宽高比为５的矩形断面主梁，在均匀流场条件下分别进行了振动状态和静止状态风洞试验，分析了锁定区不同风速下气动力、尾流脉动风及表面压力展向相关性。１试验装置及参数试验模型采用铝合金芯梁与有机玻璃制作，模型宽Ｂ＝３００ｍｍ，高Ｄ＝６０ｍｍ，长Ｌ＝１８００ｍｍ，在模型表面沿展向布置８排测压孔，每排测压孔共布３２个测压点，共计２５６个测压点，如图１所示。在尾流区布置一系列测点，以研究尾流区风速相关性与结构振动响应关系。根据国际风工程协会开展的矩形断面气动性能标准研究（ＢＡＲＣ，ＢｅｎｃｈｍａｒｋｏｎｔｈｅＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆａＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ５∶１Ｃｙｌｉｎ－ｄｅｒ）确定尾流测点位置，即在尾流区测点位于模型８排测压孔对应位置后下方（下方０．５Ｄ＝３０ｍｍ，后方２Ｄ＝１２０ｍｍ），如图１（ｂ）所示。试验在湖南大学风工程试验研究中心ＨＤ－２大气边界层风洞第一试验段（长１７ｍ、宽３ｍ、高２．５ｍ）进行，风速范围０～５８ｍ／ｓ连续可调，速度不均匀性低于１％，湍流度低于０．２％，平均气流偏角低于０．５°。试验风速范围为０～１０ｍ／ｓ，试验雷诺数范围为Ｒｅ＝ＶＤ／υ＝０～４×１０４（Ｄ为矩形断面高度；Ｖ为试验来流风速；υ为空气运动黏性系数，取υ＝１．５×１０－５ｍ２／ｓ）；非涡振锁定区以０．２ｍ／ｓ步长增加风速，涡振锁定区以０．１ｍ／ｓ步长增加风速。采用澳大利亚

变化曲线,矩形断面,主梁,振动响应

与振动相关的自激力组成。为了考虑气动力中与主梁运动相关的自激力影响，Ｒｉｃｃｉａｒｄｅｌｌｉ提出了如下相关性公式［１４］ＲＣｉ（δ／Ｄ）＝（１－ｄｉ）ｅｘｐ－ｃｉδ［］Ｄ＋ｄｉ（４）式中ｄｉ（ｉ＝Ｄ，Ｌ，Ｍ，分别表示阻力、升力及升力矩系数）为该指数衰减函数的渐近值，即为气动参数中完全相关的部分；ｃｉ，ｄｉ可通过对试验数据进行最小二乘拟合得到。２．２矩形断面主梁气动力展向相关系数２．２．１振动状态图３所示为振动状态矩形断面主梁涡激振动响应曲线。从图３中可以看出，矩形断面主梁发生了明显的竖向涡激振动现象，对应涡振锁定区为３．０～４．３６ｍ／ｓ，最大无量纲振幅为Ａｙ／Ｄ＝０．０４７４；试验过程中未发现明显的扭转涡激共振现象。图３矩形断面主梁振动响应随风速变化曲线Ｆｉｇ．３Ｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｒｅｃｔａｎ－ｇｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎｇｉｒｄｅｒｖｓ．ｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ针对竖向涡激振动时对应气动力展向相关性进行分析，分别选取７个对应风速进行矩形断面主梁气动力展向相关性分析，，如表３及图４所示。不同风速下气动力沿展向相关系数结果如图５所示。需表３矩形断面主梁气动力展向相关性分析风速选取Ｔａｂ．３Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｒｒｅｌａ－ｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｏｆｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｅｃ－ｔｉｏｎｇｉｒｄｅｒ风速／（ｍ·ｓ－１）竖向振幅

【参考文献】