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斜风作用下钝体主梁断面颤振性能风洞试验研究
| 论文题名： | 斜风作用下钝体主梁断面颤振性能风洞试验研究 |
| 关键词： | 钝体主梁断面;颤振性能;斜风作用;风洞试验 |
| 摘要： | 大跨桥梁因其柔和轻的特点更容易产生风致振动，其中颤振是一种较为常见的以大振幅扭转或弯扭耦合为主的风致振动形式。传统上认为颤振具有发散性特征，然而，较多研究发现桥梁断面尤其是钝体断面在发生颤振时存在稳态，呈现出明显的非线性气动特性。本文首先简要介绍桥梁的颤振分析理论发展历程，然后提出一种适合斜风大振幅自由振动的风洞试验装置，以宽高比4∶1矩形断面和旧塔科马断面为研究对象，研究断面在不同流场下的振动响应和非线性气动特性。全文主要内容和结论总结如下： （1）提出一种可以进行斜风下大振幅自由振动的风洞试验装置，该装置结构简单、可方便迅速改换风攻角和风偏角，机械阻尼比较小，可以进行大振幅自由振动试验。 （2）采用斜风大振幅装置进行自由振动风洞试验，研究不同的初始风攻角、风偏角、紊流强度对矩形断面风振响应的影响。结果表明：（ⅰ）当风攻角为0°、+3°、+5°，均匀流场中矩形断面的最小颤振临界风速都出现在5°风偏角，所以根据基于正交风理论获得的钝体断面桥梁颤振临界风速偏不安全；（ⅱ）当风攻角为0°，紊流风场中的矩形断面最小颤振临界风速都出现在0°风偏角；（ⅲ）在相同风攻角和风偏角下，均匀风场中的模型颤振临界风速最小，而两种格栅紊流风场（紊流强度分别为9.45%和5.29%）中模型的颤振临界风速相差不大。 （3）采用斜风大振幅装置进行自由振动风洞试验，研究不同的风偏角和激励方式对塔科马断面风振响应的影响。结果表明：（ⅰ）模型在0°，20°，30°风偏角下都存在明显的颤振迟滞区间，在10°风偏角无明显的颤振迟滞区间；（ⅱ）模型在10°风偏角下的颤振临界风速最小，在其他风偏角下，颤振临界风速随着风偏角的增大而增大。 （4）分析两个断面在颤振过程中幅变频率和阻尼比的气动特性，弯扭耦合幅值比和系统能量的变化特征。结果表明：（ⅰ）模型存在两个颤振区间，首先是颤振迟滞区间，对于颤振迟滞区间的风速范围，模型存在两个稳态，第一种是不稳定平衡状态，具有自发散的特性；第二种是稳定平衡状态。第二个是极限环颤振稳定区间，极限环颤振稳定振幅在该区间内随风速的增加近似线性增长；（ⅱ）模型弯扭耦合幅值比随振幅增加呈下降趋势，同一风速下弯扭耦合幅值比随振幅的增长迅速下降，在振幅稳定以后基本稳定在较小值，故可以认为两个断面的颤振形态均为纯扭振动；（ⅲ）模型在发生颤振过程中的振幅增长阶段，系统机械能呈上升趋势，而机械阻尼耗能始终为负值；在振幅稳定阶段，机械能是接近正弦曲线的变化规律。 |
| 作者： | 苏冰冰 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 许福友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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