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考虑特征湍流效应的非定常抖振分析
| 论文题名： | 考虑特征湍流效应的非定常抖振分析 |
| 关键词： | 桥梁设计;抖振分析;特征湍流效应;准定常理论 |
| 摘要： | 风致振动一直是桥梁设计时的重要考量因素，国内外对于桥梁风振的研究也不断走向精细化。Davenport准定常理论作为桥梁抖振分析的基础，通过气动导纳以及自激力修正来考虑桥梁的准定常误差与气动耦合效应，并引入联合接受函数来考虑时间和抖振力的跨向相关性，已经能够较为完善地表达桥梁所受气动力。但在实际工程应用中，修正准定常理论仍有一定局限性，特别是应用在特征湍流效应比较显著的场合。本文提出基于实验与理论分析确定非定常气动力的方法，对目前的准定常理论进行修正。该方法具有实用性，可用于实际桥梁的非定常抖振分析。 首先，本文阐述了准定常理论在特征湍流效应方面并不能完整表达桥梁所受气动力，并通过理论分析讨论准定常理论的适用范围，发现目前方法主要适用于与设计风速对应的约化频率远低于桥梁断面Strouhal数的场合。 通过节段模型高频天平测力实验，本文测试了两种典型箱形断面桥梁模型的气动力。通过对比天平实验所得气动力与准定常气动力，发现在断面Strouhal数对应的约化风速附近，桥梁断面所受气动力明显高于准定常理论的预测值，证实了特征湍流效应在一定的约化频率范围内对于箱形断面有显著影响，该范围估计为0.6St至1.2St之间。 为解决准定常理论中特征湍流效应的缺省问题，本文提出了一种基于风洞试验与理论分析相结合建立非定常气动力模型的方法，包括在正确模拟的风洞风场中测试特征湍流气动力，然后与准定常气动力相结合，得到包含特征湍流效应的完整的桥梁非定常气动力。该方法完善了准定常理论中的缺省部分，给出了更为精确的抖振分析研究流程。 最后，通过节段动力模型实验，验证了本文提出的非定常抖振分析方法的可靠性。 此外，根据高频天平试验的静力三分力结果，讨论中跨度桥梁典型断面出现气动负阻尼现象的原因。提出中跨度桥梁典型断面有出现气动负阻尼现象的可能，在设计时应对断面气动性能予以重视。 |
| 作者： | 汤昱薇 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 谢霁明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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