大跨度橋梁顫振及其分支跳轉(zhuǎn)的發(fā)生機(jī)理研究

大跨度橋梁的顫振分析是抗風(fēng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，而風(fēng)場(chǎng)模擬和顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別是進(jìn)行顫振分析的兩個(gè)前提條件。本項(xiàng)目在國(guó)家自然科學(xué)基金(512080155)資助下，進(jìn)行了顫振分析、顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別以及風(fēng)場(chǎng)模擬三個(gè)方面的工作。主要內(nèi)容包括：研究了三種不同相干函數(shù)條件下模擬脈動(dòng)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特征變化規(guī)律，對(duì)比分析了三種風(fēng)場(chǎng)模擬程序(諧波合成法、線性濾波法和特征正交分解法)的計(jì)算效率，研究結(jié)果表明：采用修正的指數(shù)表達(dá)式相干函數(shù)模擬的脈動(dòng)風(fēng)具有負(fù)相關(guān)性，同時(shí)能較好解決譜密度矩陣不正定的問(wèn)題；諧波合成法較為適合橋梁結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)模擬。提出了識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)的思路簡(jiǎn)單、適用性更廣的小波識(shí)別法；改進(jìn)了識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)的隨機(jī)子空間法；編制了兩種方法的計(jì)算程序，并通過(guò)算例分析驗(yàn)證了這些方法的有效性。發(fā)展了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)氣動(dòng)耦合顫振的雙模態(tài)和多模態(tài)分析方法，對(duì)幾座典型橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了耦合顫振分析，通過(guò)不同方法分析結(jié)果與精確解或試驗(yàn)結(jié)果之間的比較，驗(yàn)證了其有效性。提出了另一種修正的分步分析法，與Matsumoto提出的修正分步分析法相比，物理意義更明確；利用其對(duì)幾種典型橋梁斷面的顫振機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)首次探索性地解釋了顫振后狀態(tài)顫振分支跳轉(zhuǎn)的原因。 2100433B

隨著世界經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的跨海大橋在建或?qū)⒔?。進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)特大橋梁建設(shè)成就舉世矚目，在全世界最大跨度前10名特大纜索承重橋中，懸索橋占5座、斜拉橋占7座，面對(duì)特大橋梁建設(shè)的國(guó)家需求和橋梁抗風(fēng)研究的科學(xué)使命，研究團(tuán)隊(duì)開展創(chuàng)新工作迫在眉前。橋梁顫振是橋梁抗風(fēng)的重要研究?jī)?nèi)容之一，而顫振發(fā)生機(jī)理是橋梁顫振的重中之重。目前對(duì)橋梁典型斷面的顫振機(jī)理研究較少，且對(duì)其顫振后狀態(tài)分支跳轉(zhuǎn)的發(fā)生機(jī)理研究尤為空白。因此開展對(duì)橋梁典型斷面的氣動(dòng)性能演化規(guī)律及其機(jī)理研究、特別顫振后狀態(tài)分支跳轉(zhuǎn)發(fā)生機(jī)理的研究工作尤為重要。本課題旨在遵循試驗(yàn)-理論分析，并著眼于實(shí)際工程應(yīng)用的研究思路，擬采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段，通過(guò)桁架主梁斷面、分離雙箱梁、閉口箱梁以及流線型平板等典型斷面的風(fēng)洞試驗(yàn)，并采用計(jì)算流體軟件對(duì)顫振后狀態(tài)的數(shù)值模擬，以建立一種新的顫振機(jī)理研究理論，對(duì)其進(jìn)行較為深入的研究。

應(yīng)用PIV流場(chǎng)顯示技術(shù)觀測(cè)、記錄和分析典型橋梁斷面的氣流繞流特征，輔以CFD計(jì)算和測(cè)壓試驗(yàn)，在細(xì)觀層面上定量研究橋梁斷面周圍的旋渦非定常演化規(guī)律及其誘導(dǎo)的非定常氣動(dòng)力與橋梁斷面運(yùn)動(dòng)的非線性關(guān)系。然后以此為基礎(chǔ)，結(jié)合宏觀層面研究成果，建立適合于澄清橋梁風(fēng)振機(jī)理的分析方法，并對(duì)大跨度橋梁典型斷面的風(fēng)振機(jī)理進(jìn)行深層次的分析和總結(jié)。最后應(yīng)用PIV流場(chǎng)顯示技術(shù)和風(fēng)振機(jī)理分析方法，對(duì)大跨度橋梁顫振和渦振氣動(dòng)控制的機(jī)理進(jìn)行分析和探討。.目前橋梁風(fēng)振機(jī)理和氣動(dòng)控制機(jī)理的研究比較少，且集中在以氣動(dòng)阻尼、振動(dòng)形態(tài)為對(duì)象的宏觀層面研究，缺乏細(xì)觀層面研究的現(xiàn)狀使得理論框架不完善，難以獲取對(duì)風(fēng)振機(jī)理的透徹認(rèn)識(shí)，亦難以對(duì)應(yīng)用型研究提供應(yīng)有的指導(dǎo)和理論支撐。通過(guò)將PIV技術(shù)應(yīng)用到橋梁風(fēng)振研究中去，推動(dòng)細(xì)觀層面研究的突破，實(shí)現(xiàn)細(xì)觀、宏觀研究成果的結(jié)合，無(wú)論是在理論框架完善還是工程應(yīng)用指導(dǎo)上都具有重大意義。 2100433B

出版說(shuō)明

前言

第1章 緒論

1.1 大跨度橋梁的發(fā)展

1.2 橋梁顫抖振研究概況

1.2.1 顫 振

1.2.2 抖振

1.2.3 時(shí)域顫抖振

1.3 本書研究的內(nèi)容

第2章 橋梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)的識(shí)別

2.1 顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別的修正最小二乘方法

2.1.1 分析模型

2.1.2 顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別方法

2.1.3 確定復(fù)頻率初始值

2.2 高風(fēng)速時(shí)顫振導(dǎo)數(shù)的非耦合識(shí)別方法2100433B