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大跨度桥梁非线性颤振机理和气动力建模研究
| 论文题名： | 大跨度桥梁非线性颤振机理和气动力建模研究 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;风洞试验;非线性颤振;极限环振动;颤振滞回现象;颤振模型 |
| 摘要： | 大跨度桥梁作为一类典型的柔性结构，其动力响应对于风荷载十分敏感，桥梁的风致振动问题是大跨度桥梁设计时必须要考虑的因素。颤振作为一种具有极大危害性的风致振动，一旦发生极大可能会导致桥梁主体结构发生破坏甚至直接坍塌，因此开展大跨度桥梁的颤振研究是极为必要的。 传统的观点将颤振主要分为两类，即典型的发散颤振和颤振临界后的极限环振动。本文通过试验发现了在大攻角或某些非线性结构阻尼条件下，大跨度桥梁会发生不同于前述两类颤振的颤振滞回现象。就发散颤振而言，理论已经趋于成熟，并在工程中得到了很好的应用。但是对于颤振后极限环振动以及颤振滞回现象，目前还没有一个比较好的颤振模型来进行描述，开展对颤振后极限环振动和颤振滞回现象的研究并建立一个完善的非线性颤振模型意义重大。 本文基于节段模型的弹簧悬挂风洞试验，通过设置不同宽高比的矩形断面模型和结构阻尼条件，在不同的风攻角下，通过逐级增加风速的方式，使得模型诱发不同的颤振类型，并给予模型一定的外部激励，来研究模型宽高比、风攻角以及结构阻尼特性对颤振行为的影响。 具体研究内容如下： (1)研究了节段模型振动系统的动力参数非线性，将系统的非线性动力参数分为了机械阻尼部分和静风气动阻尼部分，通过自由衰减振动试验对系统在零风速条件下的动力参数进行了识别。指出了系统的自振频率受振幅的影响很小，其非线性可以忽略，而对于系统阻尼，其大小受振幅的影响很大，必须要考虑非线性因素。 (2)采用激光位移计测振，针对于发散颤振、颤振后极限环振动和颤振滞回现象，从位移时程、相空间特征、频域分析、振幅随风速的变化关系的角度对三种类性的颤振其各自的特点进行了分析，通过改变不同的模型宽高比和风攻角研究了模型宽高比和风攻角对颤振行为的影响。 (3)通过改变系统的机械阻尼，实现对模型所发生的颤振类型的控制，从模型在有风条件下的气动阻尼与系统机械阻尼之间的关系角度，探讨了颤振滞回现象发生的机理，并依据测振数据构建了试验模型受到的非线性颤振模型。 |
| 作者： | 李宏杰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李惠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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