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振动与冲击 2022年第4期41卷 117-123页

作者：刘庆宽任若松孙一飞李震郑云飞石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁路职业学院铁道工程系石家庄050043

风洞试验作为研究涡激振动的重要手段,由于其本身条件的限制,可能存在雷诺数效应问题,造成试验值和实际值的偏差。为了研究扁平流线型箱梁涡激振动的雷诺数效应,选取某大跨度斜拉桥的扁平流线型箱梁作为研究对象,利用风洞测振试验,通过... 详细信息

风洞试验作为研究涡激振动的重要手段,由于其本身条件的限制,可能存在雷诺数效应问题,造成试验值和实际值的偏差。为了研究扁平流线型箱梁涡激振动的雷诺数效应,选取某大跨度斜拉桥的扁平流线型箱梁作为研究对象,利用风洞测振试验,通过调节模型系统自振频率,实现不同雷诺数下的涡激振动,研究扁平流线型箱梁的涡激振动特性及其雷诺数效应;利用风洞测压试验,研究了主梁断面的风压分布规律及其对涡激振动的贡献。结果表明:扁平流线型箱梁的涡激振动存在明显的雷诺数效应,高雷诺数下的振幅较低雷诺数下更小;在某一雷诺数下,与下表面相比,主梁上表面对涡激振动的贡献更大,尤其是腹板区域的下游部分;在不同雷诺数下,主梁脉动风压分布存在显著差异,脉动风压系数随雷诺数的改变是造成涡激振动雷诺数效应的原因。

关键词：大跨度桥梁扁平流线型箱梁涡激振动风洞试验雷诺数效应风压分布阻尼比

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扁平流线型箱梁涡激振动特性及其雷诺数效应研究

扁平流线型箱梁涡激振动特性及其雷诺数效应研究

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作者：李震石家庄铁道大学

学位级别：硕士

大跨度桥梁具有刚度低、质量轻、阻尼小等特点,对风荷载十分敏感,在桥梁设计中,桥梁的抗风设计是重点环节之一,避免桥梁发生风致振动更是设计的重点,涡激振动作为桥梁结构出现概率较大的风致振动,需要予以足够的重视。主梁的涡激振动发... 详细信息

大跨度桥梁具有刚度低、质量轻、阻尼小等特点,对风荷载十分敏感,在桥梁设计中,桥梁的抗风设计是重点环节之一,避免桥梁发生风致振动更是设计的重点,涡激振动作为桥梁结构出现概率较大的风致振动,需要予以足够的重视。主梁的涡激振动发生风速较低,虽然短期的涡振一般不会对主梁结构造成影响,但持续的涡振可能导致疲劳破坏,且较大的振幅会影响行车舒适性与安全性。风洞试验是研究主梁涡振最常用的方法之一,但风洞试验无法满足雷诺数相似性要求,且雷诺数相差可达两个数量级,极有可能造成试验结果与实际桥梁结果产生较大偏差。随着桥梁抗风研究的精度要求不断提高,流线型箱梁因雷诺数影响产生的误差已不可忽略,研究主梁涡激振动的雷诺数效应,可以在一定程度上修正因雷诺数不同导致的误差,为实际桥梁的涡振性能分析提供理论依据。本文以某扁平流线型箱梁为研究背景,采用风洞测压与测振试验,对两组不同缩尺比的节段模型进行了对比研究,研究雷诺数范围在1.6×10～8.1×10范围内,从涡振振幅、旋涡脱落规律、平均气动力系数、表面风压分布和局部气动力对涡激力的贡献系数等方面对箱梁涡振及其雷诺数效应进行了分析,主要结论如下:(1)正风攻角下扁平流线型箱梁更容易发生涡激振动,涡振振幅随雷诺数的增大呈现出多段变化趋势,振幅在雷诺数3.3×10～7.8×10范围内下降明显。阻尼的增大可有效抑制涡振的发生,当阻尼比达到5‰时涡振几乎消失,并且在不同雷诺数下阻尼对涡振振幅的减小效应具有一定差异。(2)旋涡脱落频率锁定是涡激振动的特征之一,研究中发现试验断面存在双竖向涡振锁定区间,两区间内振幅差异明显,但涡脱频率相同。通过对旋涡脱落频率的分解,表明存在两个可以诱发涡振的旋涡脱落,对应两个不同的斯特罗哈数。(3)在涡振发生区间,平均气动力的雷诺数效应明显,平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数的增大而增大,平均阻力系数随雷诺数的增大而减小;两个涡振锁定区内气动力对雷诺数的敏感程度不同,第一区间内气动力受雷诺数的影响更大。(4)主梁局部风压与局部气动力在不同雷诺数下的变化差异较大,尖锐棱角处的雷诺数效应较为明显。随着雷诺数的增大,主梁上表面栏杆附近的风压有较大的变化,风嘴和截面拐角处的局部气动力有明显的波动,在上表面背风栏杆处局部气动力对涡激力的贡献程度最大。

关键词：扁平流线型箱梁涡激振动雷诺数效应风洞试验气动力系数风压系数双竖向涡振区间

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