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原文传递基于测力测压复合节段模型的气动力测试技术研究

论文题名：	基于测力测压复合节段模型的气动力测试技术研究
关键词：	柔性桥梁;涡激力;抖振力;风洞试验
摘要：	对于大跨度柔性桥梁，主梁涡激共振和抖振是最常见的两种风致振动形式，减小或抑制涡振、抖振振幅是大跨度桥梁抗风设计中非常重要的内容，揭示涡激共振的机理和准确预测桥梁结构抖振响应也是大跨度桥梁抗风研究中的重要课题，但这需要建立在准确认识和表达涡激力与抖振力荷载的基础上。鉴于此，本文开发了三节段测力测压模型装置，通过典型断面节段模型风洞试验，研究了涡激力和抖振力的测试技术及其有关特性，为今后研究涡激力的准确表达式和气动导纳的准确识别方法奠定基础。本文完成的主要工作和成果如下: 　　(1)阐述了现有的涡激共振和抖振分析理论，分析了现有的风洞试验模型气动力测试方法，提出了本文的主要研究内容。　　(2)设计开发了一套三节段测力测压复合节段模型装置，可以分别通过内置天平和表面压力积分同时得到模型上的气动力，并研究了模型气动力的获取方法与惯性力等干扰荷载的剔除技术。　　(3)通过均匀流场风洞试验，测试了典型矩形断面和桥梁断面在涡激共振锁定区间内的涡激力，并基于涡激力做功情况和涡激力与响应位移之间的相位差分析了涡激力特性，发现涡激共振时涡激力随折减风速的变化曲线和响应位移随折减风速的变化曲线类似，但是力和位移的相位差在整个涡激共振区间内是不断变化的，而涡激力在整个锁定区间内做正功，且在最大振幅之前随折算风速的增大而增大，当风速超过最大振幅区域，力和位移之间的相位差发生改变，导致涡激力做功随折算风速增加而减小，最后做功为零时涡激共振消失。　　(4)通过矩形断面和桥梁断面的竖弯涡振测试的涡激力，基于Newmark-β法反算的位移时程与实测位移时程的一致性确定了涡激力测试结果的可靠性进一步采用该测试的涡激力时程识别了Scanlan经验非线性模型参数，并与Ehsan-Scanlan基于响应位移的参数识别方法进行了比较，结果表明位移识别参数法得到的涡激力结果与直接测试的涡激力结果相差较大。　　(5)通过压力积分方法与测力天平分别得到了矩形断面的涡激力，对比发现动态压力积分方法得到的涡激力结果偏小;通过表面压力数据研究了气动力的展向相关性，发现弹性悬挂时涡激升力的展向相关性随系统阻尼比增大有所下降，而模型固定时测试的漩涡涡脱力的展向相关性明显小于弹性悬挂时涡激升力的展向相关性，表明气动自激力对涡激力展向相关性影响明显。　　(6)对比研究了顺风向主动格栅产生的不同谐波风场的风场特性，并通过压力积分和天平测试得到了该风场下弹性悬挂和刚性固定矩形断面节段模型的气动力;对比了谐波风场中气动力与来流风速的展向相关性发现抖振力的升力和升力矩展向相关性均好于同位置处来流风速的相关性，组合频率谐波风场下的抖振力展向相关性比单一频率风场下的相关性更低，而弹性悬挂状态气动力的展向相关性比模型固定时抖振力的相关性更强，表明自激力的存在会增大脉动风场下气动力荷载的展向相关性。
作者：	吴润泽
专业：	建筑与土木工程
导师：	牛华伟;王甜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文