展向非一致来流下大跨度桥梁主梁多模态涡激振动

作     者：孙思文 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈文礼

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：多模态涡激振动 非一致来流 拉条模型 POD方法 

摘      要：近年来,随着大跨度桥梁主梁跨度的增大,桥梁越发轻柔,在低风速下容易发生涡激振动。此外,越来越多的大跨度桥梁建设在沿海和山区峡谷等地区,这些地貌周围的流场不均匀,来流风流经桥梁时沿桥展向分布不均匀,容易激发多模态涡激振动。虽然涡振不像颤振一样使桥梁产生发散破坏,但会造成行车不便和经济损失。因此,研究非一致来流下大跨度桥梁主梁多模态涡激振动具有实际意义。本文基于风洞试验对展向非一致来流下大跨度桥梁主梁多模态涡激振动响应进行研究,设计并制作缩尺比为1:60的丹麦大贝尔特桥拉条模型,设计线性剖面和抛物线型剖面两种非一致来流风速剖面,并将实际测量的非一致风速剖面与设计的剖面进行比较,实际测得的风速剖面与设计剖面吻合较好。通过拉条模型试验分析六组工况多模态涡激振动响应和尾流特征,分别讨论无栏杆工况和有栏杆工况主梁的振动特性,分析有无栏杆对主梁多模态涡激振动的影响并探讨其机理;分析尾流频率随风速的变化规律,研究有无栏杆工况的尾流频率沿主梁展向分布的变化规律。采用本征正交分解（POD）方法对六组工况进行POD模态时频分析和能量分析,提取POD特征值和模态系数,研究拉条模型各阶模态随风速的变化规律,分析各阶模态能量占比、时域响应和频谱特征,并与直接时频分析进行对比,结果大致相同。POD方法不仅可以对涡激振动响应进行时频分析,还可以分析各个模态之间能量的占比情况,甚至可以发现直接时频分析被忽略的信息,完善振动信息,更有利于分析多模态的响应。