阶跃函数模拟桥梁断面气动自激力的精度研究

作     者：吴长青 张志田 

作者机构：湖南理工学院土木建筑工程学院 海南大学土木建筑工程学院 

出 版 物：《振动工程学报》 (Journal of Vibration Engineering)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点资助项目（51938012） 海南省自然科学基金创新团队项目（520CXTD433） 

主　　题：桥梁 颤振 时域 阶跃函数 遗传优化 

摘      要：介绍了采用阶跃函数模拟桥梁断面时域气动自激力的方法并对模拟的精度进行了研究。提出了采用现代遗传优化算法进行阶跃函数参数识别的方法。在模拟桥梁断面时域自激力的过程中，首先建立了颤振导数与阶跃函数各参数之间的等量关系，然后基于MATLAB平台实现了遗传优化算法并识别了阶跃函数的各个参数，最后根据参数值与上述等量关系反算得到颤振导数的拟合值，并通过对比颤振导数的拟合值与试验值来评估模拟的精度。数值算例表明，遗传优化算法的计算效率很高且不受参数个数与参数取值范围的影响；阶跃函数参数个数对颤振导数拟合精度存在较大的影响；当参数个数较少时，对于较为复杂的颤振导数曲线，拟合精度不高。随着参数个数的增加，拟合精度显著提高。拟合精度直接影响后续时域颤振分析得到的桥梁颤振性能；因此，需要依据颤振导数曲线规律，合理地选取阶跃函数的参数个数，才能建立精度较高的时域自激力模型，进而准确评估桥梁的颤振稳定性能。