大跨度桥梁主梁涡激振动展向效应试验研究

发布时间：2017-06-13 17:02

  本文关键词：大跨度桥梁主梁涡激振动展向效应试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨度桥梁主梁具有质量相对较轻、自振频率小、阻尼低等特点,在运营阶段常遇风速下易发生涡激共振现象,从而引起行车舒适性和桥梁结构疲劳等问题。由于实际主梁结构具有三维特性,且受实际风场及结构自身振型等影响,主梁涡激力沿桥轴线方向(即展向)并非完全相关,桥梁主梁结构涡振振动展向相关性问题是桥梁结构涡激振动研究的一个重要课题。论文受国家自然科学基金项目“大跨度主梁结构涡激力展向相关性试验研究(编号:51178181)”资助,以广东江顺大桥为工程依托,对大跨度桥梁主梁涡激振动的展向效应进行研究。本文主要研究工作如下:(1)简要介绍了大跨桥梁涡激振动典型案例及控制措施,并对桥梁主梁结构涡激振动研究现状进行了综述,最后给出本文的研究内容和研究技术路线。(2)设计并制作了几何缩尺比为1:80的江顺大桥主梁节段模型,进行了同步测振、测压主梁节段模型风洞试验,获得了桥梁主梁结构在不同风攻角下的涡振锁定区间,并对涡激力展向相关性及涡激力气动参数识别进行了研究。结果表明,主梁断面涡激力展向相关系数在涡振状态大于静止状态,涡激力展向相关系数变化主要受自激力和强迫力的影响。(3)采用滑移网格与动网格相结合的方法对宽高比为5的矩形断面和闭口流线型箱梁断面分别进行了涡激振动CFD数值模拟,并对主梁涡激振动机理进行了初步探讨。在此基础上建立了桥梁主梁断面涡激力气动参数识别的CFD数值方法,并与基于模型试验数据的识别结果进行比较,验证了该方法的可行性。(4)设计并制作了几何缩尺比为1:80的江顺大桥主梁拉条模型,采用同步测振、测压方法在低紊流度风场中进行了风洞试验研究,并与节段模型试验结果进行了比较。结果表明,在主梁断面涡振锁定区主梁结构涡激力展向相关性主要受振型影响。(5)基于Scanlan经验线性模型初步建立了桥梁主梁结构涡激振动有限元方法,对大跨度桥梁主梁节段模型和拉条模型分别进行涡振响应二维、三维瞬态有限元时程计算。计算结果表明:有限元模型计算结果和试验结果总体吻合较好。
【关键词】：大跨度桥梁 涡激振动 涡激力展向相关性 风洞试验 数值模拟 有限元分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 第1章 绪论16-27
• 1.1 桥梁涡激振动典型案例及控制措施16-18
• 1.2 结构涡激振动的研究概述18-25
• 1.2.1 研究方法18-21
• 1.2.2 涡振的影响因素21-22
• 1.2.3 涡振气动力展向相关性的现状研究22-24
• 1.2.4 涡振计算方法研究24-25
• 1.3 本文的研究内容25-27
• 1.3.1 研究背景及意义25
• 1.3.2 主要内容25-27
• 第2章 主梁节段模型涡激振动试验研究27-56
• 2.1 节段模型涡激振动试验27-30
• 2.1.1 工程简介27-28
• 2.1.2 试验模型及工况28-30
• 2.2 涡振响应结果30-35
• 2.2.1 竖向涡振响应30-33
• 2.2.2 扭转涡振响应33-35
• 2.3 主梁节段模型气动力展向相关性研究35-46
• 2.3.1 展向相关性系数35-37
• 2.3.2 节段模型涡振状态气动力展向相关性37-42
• 2.3.3 节段模型静止状态气动力展向相关性42-44
• 2.3.4 节段模型表面压力分布44-46
• 2.4 涡激力气动参数识别46-54
• 2.4.1 经验线性模型47-50
• 2.4.2 经验非线性模型50-54
• 2.5 本章小结54-56
• 第3章 主梁断面涡振数值模拟及参数识别56-81
• 3.1 数值计算理论与方法56-60
• 3.1.1 CFD理论概述56-58
• 3.1.2 本文计算方法58-60
• 3.2 矩形主梁断面涡激振动数值模拟60-72
• 3.2.1 矩形断面计算参数60-63
• 3.2.2 矩形断面静止绕流结果63-64
• 3.2.3 矩形断面涡振响应结果及机理分析64-72
• 3.3 江顺大桥主梁断面涡振二维数值模拟72-76
• 3.3.1 主梁断面计算参数及网格划分72-73
• 3.3.2 主梁断面静止绕流结果73-74
• 3.3.3 主梁断面涡振响应结果74-76
• 3.4 基于数值模拟方法的涡激力气动参数识别76-79
• 3.4.1 气动参数识别方法76-77
• 3.4.2 矩形主梁断面气动参数识别结果77-78
• 3.4.3 江顺大桥主梁断面气动参数识别结果78-79
• 3.5 本章小节79-81
• 第4章 主梁拉条模型涡激振动试验研究81-100
• 4.1 拉条模型涡激振动试验81-84
• 4.1.1 模型设计原理81
• 4.1.2 拉条模型的制作81-82
• 4.1.3 模型参数及试验工况82-84
• 4.2 低紊流场涡振响应结果84-90
• 4.2.1 拉条模型涡振响应结果84-89
• 4.2.2 归一化振型函数换算89-90
• 4.3 拉条模型气动力展向相关性研究90-98
• 4.3.1 一阶涡振状态气动力展向相关性90-93
• 4.3.2 二阶涡振状态气动力展向相关性93-95
• 4.3.3 三阶涡振状态气动力展向相关性95-97
• 4.3.4 静止状态气动力展向相关性97-98
• 4.4 本章小结98-100
• 第5章 基于Scanlan经验线性模型的涡振响应计算100-107
• 5.1 计算方法100
• 5.2 节段模型涡振响应计算100-103
• 5.3 拉条模型涡振响应计算初涉103-105
• 5.4 本章小结105-107
• 结论与展望107-109
• 参考文献109-114
• 致谢114-115
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文115

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本文编号：447056