振动机制对分离式双箱梁绕流场特性的影响

发布时间：2020-07-07 08:47

【摘要】：超大跨度桥梁质量相对轻、刚度小、阻尼比低等特点使其易产生风致振动现象,因而在大跨度桥梁设计阶段桥梁抗风设计起到关键性作用。主梁采用分离式双箱的截面形式是提高超大跨度桥梁颤振稳定性的一种措施。分离式双箱梁提高桥梁颤振临界风速的同时,增加的中间空隙也使主梁绕流场更加复杂,易形成涡激振动。振动机制是指对模型约束的形式,约束形式会对模型的绕流场产生很大的影响。本文基于风洞试验研究振动机制对于大跨度分离式双箱梁绕流场特性的影响。首先,对分离式双箱梁节段模型进行固定及弹性悬挂风洞试验,深入分析模型涡激振动特性,深入分析不同振动机制下无附属结构主梁节段模型表面风压沿来流方向的分布特性、涡激振动全过程绕流场结构的变化规律,揭示不同振动机制对于分离式双箱梁绕流场流动规律的影响;分析振动机制及振动幅值对压力系数和流场脉动RMS(压力均方根)值的影响;研究振动机制对分离点位置的影响,得出结构是否可能产生涡激振动的判断依据。其次,研究振动机制对分离式双箱梁模型展向相关性的影响。分析不同振动机制下分离式双箱梁模型表面压力展向相关性,得出不同振动机制下模型表面压力展向相关性沿来流方向的变化趋势。分析不同振动机制下模型表面压力的展向相关性与折减风速的变化关系。比较不同振动机制下表面压力的展向相关性衰减规律;研究不同振动机制下分离式双箱梁模型升力系数展向相关性,分析涡振锁定区内其升力展向相关性的变化趋势与涡振振幅的变化关系。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441
【图文】：

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涡振介于强迫振动与自激振动之间，具有自激、限幅、非线性等特点，是一种复杂的“流固耦合”振动[1]。虽然涡振是有限幅不发散振动，不会导致结构毁灭性破坏，但易造成桥梁结构的疲劳破坏，降低驾驶员的安全感、舒适感，同时也降低结构的耐久性。1.1 涡激振动1.1.1 大跨度桥梁涡激振动质量较轻、刚度小、自振频率低等特性造成大跨桥梁在低风速下较易发生涡振。桥梁成桥状态会添加一些附属结构，这些附属结构增大了桥梁结构发生涡激振动的概率[2]。大跨度连续梁桥发生涡振现象的典型案例有俄罗斯的伏尔加河桥、巴西里约-尼特罗伊桥。俄罗斯的伏尔加河桥是全长约 11km 的连续梁桥，在 16~18m/s 的风环境下出现“蛇形共振”现象，桥梁最大竖向振幅接近 1m，图 1.1 为监控拍到的伏尔加河桥涡激共振发生时的画面[3]。

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图 1.2 第二塞文桥涡振案例东桥[5]、中国的西堠门大桥[6-9]等大跨度悬索桥也产生了发生带东桥长 6.8km，其中主桥为(535m+1624m+535m)悬索桥。营阶段均出现高阶涡激振动现象，且涡振振幅较大。型涡激振动案例可知，在悬索桥、斜拉桥、钢连续梁桥等结近年来，我国建设大跨径桥梁地区增多，同时在几座桥梁上

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图 1.3 研究技术路线图1.5 本文研究内容首先，对分离式双箱梁节段模型进行固定及弹性悬挂风洞试验，深入分析模型涡激振动特性，深入分析不同振动机制下无附属结构主梁节段模型表面风压沿来流方向的分布特性、涡激振动全过程绕流场结构的变化规律，揭示不同振动机制对于分离式双箱梁绕流场流动规律的影响；分析振动机制及振动幅值对压力系数和流场脉动 RMS（压力均方根）值的影响；研究振动机制对分离点位置的影响，得出结构是否可能产生涡激振动的判断依据。其次，研究振动机制对分离式双箱梁模型展向相关性的影响。分析不同振动机制下分离式双箱梁模型表面压力展向相关性，得出不同振动机制下模型表面压力展向相关性沿来流方向的变化趋势。分析不同振动机制下模型表面压力的展向相关性与折减风速的变化关系。比较不同振动机制下表面压力的展向相关性衰减规律；分析不同振动机制下

【参考文献】