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典型断面涡激振动与涡激力展向相关性研究
| 论文题名： | 典型断面涡激振动与涡激力展向相关性研究 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;涡激振动;空间相关性;断面形式;涡激力 |
| 摘要： | 大跨度桥梁具有多阶固有振动模态，在不同的来流风速下，各阶模态可能依次发生涡激共振。因此，研究柔性结构各阶模态涡振的起振风速和最大振幅具有重要意义。虽然针对某阶振动模态下的矩形及H形断面涡振性能已有很多研究，但最大涡振振幅随模态频率、质量阻尼参数、气动阻尼等的变化规律还不明确。Scruton数即质量阻尼参数是影响涡激振动的重要因素，Sc数会影响涡激振动锁定区间和涡振振幅，但Sc数中的质量参数和阻尼参数对涡激振动影响不同，缺乏质量参数和阻尼参数与涡振锁定区间、涡振振幅之间的关系。另外，在实际风作用下，沿桥轴线方向上的涡激力并不是完全相关的，特别是对于大跨桥梁，涡激力的空间相关性更加明显，涡激力展向相关性的研究对涡振振幅预测有重要意义。 基于以上几个问题，本文主要进行了如下几个方面的研究: (1)介绍了桥梁风致振动的主要类型，特别是对涡激振动研究现状做了概括，并对涡激振动的相关理论做了简要的阐述。 (2)对宽高比B/D=6的大小比例矩形断面及B/D=5的H形断面进行节段模型涡激振动试验。相同质量及阻尼比的同一模型在不同弹性悬挂频率下的试验结果表明，矩形与H形断面的竖向涡振振幅不随悬挂频率改变。 (3)分别研究了质量、阻尼参数对两类断面涡激共振的影响。结果表明，在相同质量下，两类断面的涡振振幅随结构阻尼比ζs的增加而显著减小;而在相同结构阻尼比ζs下，两类断面的最大竖向涡振振幅对质量参数的变化都不敏感。应用断面颤振导数分析了不同质量下的气动阻尼变化，在增加质量的同时实际上降低了气动模态阻尼比ζa，因而可能引起最大涡振振幅对质量变化不敏感。 (4)矩形断面风洞试验观测到的两个竖向涡振区间，其最大振幅比约2.2。分别计算了两个涡振区间内与最大振幅对应的气动阻尼，结果表明在考虑气动阻尼影响下应用简谐涡激力模型对最大振幅比进行分析，发现最大振幅比不与St2成反比是因为两个区间最大振幅处气动阻尼的差异。 (5)以矩形和H形断面风洞试验结果为基础，运用FLUENT对矩形和H形断面进行数值模拟，数值模拟结果和风洞试验结果吻合较好。 (6)通过圆柱体风洞试验，对涡激力展向相关性进行了分析，结果表明不同截面处90°位置的展向相关性比180°位置处的展向相关性大，涡激力的展向相关性与振幅、雷诺数有关。 |
| 作者： | 陈海龙 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 华旭刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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