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紊流风场中大跨度桥梁非线性气动稳定性研究
| 论文题名： | 紊流风场中大跨度桥梁非线性气动稳定性研究 |
| 关键词： | 紊流风场;大跨度桥梁;非线性气动;桥梁抖振响应;风洞试验;数值模拟;颤振稳定性 |
| 摘要： | 为了准确的评价大跨桥梁的气动稳定性,桥址处的风场特性成为气动稳定性分析的先决条件。而自然界中的风场实际是随机脉动过程,尤其当桥址处于山区峡谷复杂地形时,风场随机脉动特性加剧,真实的描述桥址处风场特性对桥梁气动稳定性分析具有重要意义。来流脉动风场不仅直接引起桥梁抖振响应,同时还影响其气动稳定性。脉动紊流对桥梁结构气动稳定性的影响是一复杂的过程,需要综合考虑紊流对气动自激力及其跨向相关性的影响,以及紊流引起的抖振响应对气动稳定性的影响等因素。为建立和实现体现紊流影响的定量化研究方法与相关风洞试验技术,本文主要进行了以下方面的工作: 1、综合分析简易收缩性峡谷地形模型与真实山区峡谷地形模型的风洞试验结果,并通过对山区峡谷地区大范围复杂地形风场特性的数值模拟,总结了典型收缩性山区峡谷的风环境分布规律,为今后山区桥梁抗风设计提供参考。 2、利用主动格栅模拟生成了大积分尺度紊流风场。采用强迫振动法研究了主动格栅紊流对理想薄平板,矩形钝体断面以及流线型箱梁断面颤振导数的影响。建立评定和验证紊流对颤振稳定性的影响的第一个标模问题。结果表明紊流风场对流线型断面颤振导数影响较小,而对矩形钝体断面影响显著。 3、通过强迫振动中的节段模型表面压力分布规律变化,揭示了紊流对颤振导数影响的内在机理为来流紊流引起断面迎风面分离与再附着流动的变化。定量的研究了紊流强度及积分尺度对颤振导数以及气动力跨向相关性的影响。 4、设计了反映结构风致振动三维特性的拉条模型测压测振试验,在四种被动格栅紊流场中研究了紊流对气动力跨向相关性的影响。结果表明紊流引起了结构整体气动力相关性的明显衰减,但是气动自激力相关性衰减微弱。 5、分析了自激力阶跃函数时域表达式的瞬态特性,提出了拟合过程中记忆项系数的合理限值。编制了时域分析程序,在时域内考察了紊流及抖振响应对结构非线性颤振稳定性能的影响,并通过与风洞试验结果的对比进行了验证。 6、对比了桥梁静风稳定的内外增量迭代静力分析方法和时域动力分析法,验证了桥梁静风稳定动力分析方法的可靠性。采用动力分析方法研究了紊流场中大跨度桥梁的静风稳定性能,结果表明来流紊流明显降低了结构的静风稳定性,紊流强度和风场相关性也对静风稳定起重要影响。 |
| 作者： | 李春光 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈政清 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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