基于測(cè)力測(cè)壓復(fù)合節(jié)段模型的氣動(dòng)力測(cè)試技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于大跨度柔性橋梁，主梁渦激共振和抖振是最常見的兩種風(fēng)致振動(dòng)形式，減小或抑制渦振、抖振振幅是大跨度橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容，揭示渦激共振的機(jī)理和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)也是大跨度橋梁抗風(fēng)研究中的重要課題，但這需要建立在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和表達(dá)渦激力與抖振力荷載的基礎(chǔ)上。鑒于此，本文開發(fā)了三節(jié)段測(cè)力測(cè)壓模型裝置，通過典型斷面節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了渦激力和抖振力的測(cè)試技術(shù)及其有關(guān)特性，為今后研究渦激力的準(zhǔn)確表達(dá)式和氣動(dòng)導(dǎo)納的準(zhǔn)確識(shí)別方法奠定基礎(chǔ)

2、。本文完成的主要工作和成果如下:
　　(1)闡述了現(xiàn)有的渦激共振和抖振分析理論，分析了現(xiàn)有的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜌鈩?dòng)力測(cè)試方法，提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　(2)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套三節(jié)段測(cè)力測(cè)壓復(fù)合節(jié)段模型裝置，可以分別通過內(nèi)置天平和表面壓力積分同時(shí)得到模型上的氣動(dòng)力，并研究了模型氣動(dòng)力的獲取方法與慣性力等干擾荷載的剔除技術(shù)。
　　(3)通過均勻流場(chǎng)風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試了典型矩形斷面和橋梁斷面在渦激共振鎖定區(qū)間內(nèi)的渦激力，并基于渦激

3、力做功情況和渦激力與響應(yīng)位移之間的相位差分析了渦激力特性，發(fā)現(xiàn)渦激共振時(shí)渦激力隨折減風(fēng)速的變化曲線和響應(yīng)位移隨折減風(fēng)速的變化曲線類似，但是力和位移的相位差在整個(gè)渦激共振區(qū)間內(nèi)是不斷變化的，而渦激力在整個(gè)鎖定區(qū)間內(nèi)做正功，且在最大振幅之前隨折算風(fēng)速的增大而增大，當(dāng)風(fēng)速超過最大振幅區(qū)域，力和位移之間的相位差發(fā)生改變，導(dǎo)致渦激力做功隨折算風(fēng)速增加而減小，最后做功為零時(shí)渦激共振消失。
　　(4)通過矩形斷面和橋梁斷面的豎彎渦振測(cè)試的渦激力

4、，基于Newmark-β法反算的位移時(shí)程與實(shí)測(cè)位移時(shí)程的一致性確定了渦激力測(cè)試結(jié)果的可靠性進(jìn)一步采用該測(cè)試的渦激力時(shí)程識(shí)別了Scanlan經(jīng)驗(yàn)非線性模型參數(shù)，并與Ehsan-Scanlan基于響應(yīng)位移的參數(shù)識(shí)別方法進(jìn)行了比較，結(jié)果表明位移識(shí)別參數(shù)法得到的渦激力結(jié)果與直接測(cè)試的渦激力結(jié)果相差較大。
　　(5)通過壓力積分方法與測(cè)力天平分別得到了矩形斷面的渦激力，對(duì)比發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)壓力積分方法得到的渦激力結(jié)果偏小;通過表面壓力數(shù)據(jù)研究了氣動(dòng)

5、力的展向相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)彈性懸掛時(shí)渦激升力的展向相關(guān)性隨系統(tǒng)阻尼比增大有所下降，而模型固定時(shí)測(cè)試的漩渦渦脫力的展向相關(guān)性明顯小于彈性懸掛時(shí)渦激升力的展向相關(guān)性，表明氣動(dòng)自激力對(duì)渦激力展向相關(guān)性影響明顯。
　　(6)對(duì)比研究了順風(fēng)向主動(dòng)格柵產(chǎn)生的不同諧波風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)場(chǎng)特性，并通過壓力積分和天平測(cè)試得到了該風(fēng)場(chǎng)下彈性懸掛和剛性固定矩形斷面節(jié)段模型的氣動(dòng)力;對(duì)比了諧波風(fēng)場(chǎng)中氣動(dòng)力與來流風(fēng)速的展向相關(guān)性發(fā)現(xiàn)抖振力的升力和升力矩展向相關(guān)性均好于同位