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原文传递大跨度桥梁主梁风效应的被动射流控制研究

论文题名：	大跨度桥梁主梁风效应的被动射流控制研究
关键词：	大跨度桥梁;单箱梁;气动控制;涡激振动;被动射流
摘要：	大跨度桥梁是现代社会交通网络的重要组成部分，极大地促进了地域间文化与经济的交流发展。大跨度桥梁具有质量轻、结构柔、阻尼小等特点，对环境风荷载极其敏感，易受其影响而出现各种风致振动现象，严重威胁桥梁施工及服役阶段的安全性。当来流风流经主梁断面时，剪切层分离使结构表面出现交替的旋涡脱落，从而使得结构受到周期性变化的气动力作用，进而诱发结构风致振动。涡激振动是一种在低风速区间极易发生的风致振动现象，其发生频度高、振动幅值较大、持续时间长，易引起主梁结构及其附属构件的疲劳损伤与交通舒适性问题。因此，大跨度桥梁涡激振动控制对保障工程结构自身安全至关重要。本文基于箱梁表面压力变化特征提出了钝体被动射流控制措施，围绕被动射流控制下箱梁表面压力、尾流空间变化特征、涡激振动响应、流场拓扑形态等问题展开研究，具体工作如下：　　首先，开展常见来流风攻角下大比例尺典型单箱梁的静风特性被动射流控制分析。基于风洞试验，分析了施工态主梁表面压力特征，以此为依据设计被动射流区域，归纳对比不同被动射流布置区域对箱梁气动力、绕流场特征、尾流场空间特性的影响规律，深入研究不同风攻角下被动射流控制模式；分析安装附属构件的服役态主梁气动力及表面压力分布变化特征，揭示施工及服役状态下主梁静风性能被动射流控制效果出现差异的原因。　　其次，研究被动射流对大比例尺下单箱梁涡激振动响应及表面压力分布的控制规律。发展同步测量技术，深入分析结构振动响应与表面压力之间的联系，以及被动射流控制下结构与流场间的能量传递特征；基于双正交分解方法，揭示被动射流对箱梁发生涡激振动的断面局部气动力的影响机理，分析不同风攻角下被动射流对涡激振动响应的控制效果；进一步研究箱梁拉条模型多模态涡激振动的被动射流控制效果，揭示不同风攻角下被动射流对主梁多模态涡激振动响应与尾流频率的影响规律。　　然后，开展涡激振动绕流场被动射流控制机理研究。发展高速PIV与振动同步测量技术，研究被动射流对主梁涡激振动的尾流拓扑形态的影响规律，分析不同风攻角下被动射流控制效果的差异，揭示旋涡脱落周期内被动射流对涡激振动的控制机理；验证被动射流对箱梁颤振稳定性的影响规律。　　最后，建立考虑被动射流控制的箱梁涡激振动气动力模型。基于结构涡激振动响应及尾流场空间特征的风洞试验结构，获取涡激力模型参数，分析被动射流孔展向间距变化对箱梁涡激振动响应控制效果的影响规律，验证涡激力模型对不同雷诺数涡激振动响应预测的准确性；最后基于施工态及服役态的主梁特点，提出被动射流控制措施的初步设计方法。
作者：	杨文瀚
专业：	土木工程
导师：	陈文礼
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021