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双边箱式Π型梁的抖振力特性及气动导纳的试验研究

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双边箱式Π型梁的抖振力特性及气动导纳的试验研究

作者：陈哲长安大学

学位级别：硕士

随着双边箱式Π型梁在大跨度桥梁上的广泛应用,其抗风性能的研究也迫在眉睫。本文主要针对双边箱式Π型梁的抖振力特性及气动导纳进行详细研究。主要研究内容如下:(1)对风洞流场品质进行了测量分析。采用被动格栅装置模拟了两种特性不... 详细信息

随着双边箱式Π型梁在大跨度桥梁上的广泛应用,其抗风性能的研究也迫在眉睫。本文主要针对双边箱式Π型梁的抖振力特性及气动导纳进行详细研究。主要研究内容如下:(1)对风洞流场品质进行了测量分析。采用被动格栅装置模拟了两种特性不同的三维湍流场,考察了两类格栅湍流场的均匀性和各向同性,得到了两类格栅湍流场的风速数据和基本统计参数。(2)设计了三种不同宽高比双边箱式Π型梁节段测压模型。在风洞均匀流场中进行了测力测压试验,得到了三种宽高比双边箱式Π型梁的静三分力系数。对双边箱式Π型梁在自身特征湍流作用下的表面压力分布特征、脉动压力谱特性、抖振力谱特性和抖振力展向相关性进行了分析,研究了宽高比、风攻角和平均风速对特征湍流下双边箱式Π型梁抖振力谱的影响及不同宽高比双边箱式Π型梁的抖振力展向相关性特征。结果表明特征湍流作用下模型宽高比和风攻角会影响双边箱式Π型梁的抖振力能量分布,平均风速仅对涡脱频率处的抖振力能量有影响。特征湍流作用下双边箱式Π型梁抖振力展向相关性会随双边箱式Π型梁宽高比减小显著增强。双边箱式Π型梁在特征湍流作用下的抖振力展向相干函数试验值在中低频存在剧烈波动,在涡脱频率处抖振力展向相干函数值会明显增大。(3)对三种不同宽高比双边箱式Π型梁模型在两类格栅湍流场中进行了测压试验。对两类格栅湍流场中双边箱式Π型梁的表面压力分布特征、脉动压力谱特性、抖振力谱特性和抖振力展向相关性进行了分析,研究了宽高比、风攻角对双边箱式Π型梁抖振力谱和抖振力展向相关性的影响。建立了三种宽高比双边箱式Π型梁抖振力展向相干函数经验模型。对比讨论了格栅湍流和特征湍流中双边箱式Π型梁的抖振力特性。结果表明格栅湍流中特征湍流引起的双边箱式Π型梁模型抖振力能量占总抖振力能量的比重较小。双边箱式Π型梁模型抖振力展向相干函数在低频段会出现波动,相比于特征湍流作用下双边箱式Π型梁模型抖振力展向相干函数,波动明显减缓,且随模型宽高比增大而减缓。抖振阻力展向相干性在低频会出现小于纵向脉动风速展向相干性的情况,这种情况会随模型宽高比增大而消失。(4)识别了三种宽高比双边箱式Π型梁三维一波数气动导纳和二维气动导纳并拟合成了目标函数。研究了湍流场特性、模型宽高比和风攻角对双边箱式Π型梁二维气动导纳的影响。结果表明双边箱式Π型梁二维气动导纳在低频段和涡脱频率处会出现增大的现象,这和Sears函数有显著区别。两类格栅湍流场中的双边箱式Π型梁二维气动导纳基本一致,不同宽高比及不同风攻角下双边箱式Π型梁二维气动导纳有显著区别。

关键词：大跨度桥梁双边箱式Π型梁风洞试验抖振力气动导纳展向相关性

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流线型箱梁抖振力双指数广义相干函数模型

中国公路学报 2016年第11期29卷 65-73页

作者：张亮亮李少鹏李明水重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 西南交通大学风工程试验研究中心四川成都610031

为了降低由传统简单指数相干函数模型所引起的抖振力计算误差,基于薄翼三维抖振力分析理论,提出了具有明确物理意义的双指数相干函数模型,并通过引入几个额外参数将该模型扩展至复杂钝体断面。针对大跨度桥梁中常用的流线型箱梁,进一步... 详细信息

为了降低由传统简单指数相干函数模型所引起的抖振力计算误差,基于薄翼三维抖振力分析理论,提出了具有明确物理意义的双指数相干函数模型,并通过引入几个额外参数将该模型扩展至复杂钝体断面。针对大跨度桥梁中常用的流线型箱梁,进一步通过大尺度紊流场中不同缩尺比的刚性节段模型测压试验,深入研究了紊流积分尺度和箱梁特征尺寸对于抖振力空间相关性的影响。基于试验结果对上述双指数相干函数模型进行修正,以反映紊流三维效应对抖振力空间相关性的影响,并通过与推荐相干函数模型结果进行对比来分析传统简单指数函数相干函数模型的局限性。结果表明:双指数相干函数模型具有明确的物理意义,能够反映紊流空间分布特性和气动导纳对抖振力相关性的影响机理;而且与传统模型相比,其具有更高的拟合精度,能够精确描述抖振力相关性在低频的变化规律;通过引入与紊流积分尺度和箱梁特征尺寸有关的约化间距,可进一步得到能精确描述实际主梁抖振力空间相关性的双指数广义相干函数模型。

关键词：桥梁工程双指数广义相干函数模型风洞试验抖振力流线型箱梁紊流积分尺度

横向紊流风作用下桁架梁上高速列车抖振力空间相关性试验研究

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土木工程学报 2018年第4期51卷 69-76,86页

作者：马存明段青松廖海黎易辉李明水西南交通大学四川成都610031 中交公路规划设计院有限公司北京100088

为分析横风作用下钢桁梁上高速列车受到抖振力的空间相关性,在XNJD-3风洞实验室建立了两种大气紊流场,基于1∶29.7的车桥节段模型,采用同步测压法得到了静止列车上的抖振力分布,尝试从时域、频域两个方面分析攻角、紊流场、列车位置等... 详细信息

为分析横风作用下钢桁梁上高速列车受到抖振力的空间相关性,在XNJD-3风洞实验室建立了两种大气紊流场,基于1∶29.7的车桥节段模型,采用同步测压法得到了静止列车上的抖振力分布,尝试从时域、频域两个方面分析攻角、紊流场、列车位置等参数对列车抖振力空间相关性的影响,并对试验现象及影响因素总结,提出了列车抖振力跨向相干函数的拟合公式,证实了列车侧向抖振力的相关性与顺风向脉动风的相关性较接近,升力和力矩的相关性略小于竖向脉动风的相关性,也指出了进一步的研究方向,研究结论对类似桥梁上列车运行的舒适性研究具有指导意义。

关键词：桁架桥列车横风抖振力空间相关性风洞试验

基于主动格栅脉动流场的抖振力测试与相关性研究

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振动与冲击 2020年第8期39卷 123-130页

作者：向丹朱立山牛华伟湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082 湖南省路桥建设集团有限责任公司长沙410004

为了探究钝体断面在紊流作用下抖振力的相关性机理,以矩形桥梁断面为例,在主动格栅产生的脉动流场中,通过测压试验并结合不同相关性模型拟合方法,研究了在不同脉动频率下抖振力的空间分布特性。对比探究矩形桥梁断面在静止状态以及运动... 详细信息

为了探究钝体断面在紊流作用下抖振力的相关性机理,以矩形桥梁断面为例,在主动格栅产生的脉动流场中,通过测压试验并结合不同相关性模型拟合方法,研究了在不同脉动频率下抖振力的空间分布特性。对比探究矩形桥梁断面在静止状态以及运动状态抖振力空间相关性的变化,并利用matlab进一步分解自激力与抖振力,以此来分析自激力对抖振力展向相关性的影响;同时,通过天平测力试验(同步测压)对比了两种不同测力方法的试验结果。试验结果表明抖振阻力跨向相关性伴随着频率和跨向间距的增大而减小,在气动自激力的影响下,抖振力的跨向相关性能得到一定程度的提高,并高于来流脉动风速的相关性。

关键词：紊流积分尺度抖振力展向相关性自激力

大跨桥梁抖振力与脉动风速空间相关性的对比研究

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空气动力学学报 2013年第6期31卷 796-800,811页

作者：李少鹏李明水马存明廖海黎西南交通大学风工程试验研究中心四川成都610031

对于桥梁断面,已有的风洞试验结果表明,抖振力的跨向相关性大于脉动风的相关性。由于风洞尺寸和模型尺度的限制,这些试验结论是在跨向间距较小和被动模拟紊流场条件下取得的。为了进一步研究较大的跨向间距内以及不同紊流场中抖振力的... 详细信息

对于桥梁断面,已有的风洞试验结果表明,抖振力的跨向相关性大于脉动风的相关性。由于风洞尺寸和模型尺度的限制,这些试验结论是在跨向间距较小和被动模拟紊流场条件下取得的。为了进一步研究较大的跨向间距内以及不同紊流场中抖振力的跨向相关性,以抖振升力为例,利用理论分析方法建立了合理的数学模型,并深入研究了风洞模拟风谱以及自然大气风谱下抖振力的跨向相关性与脉动风速相关性的差异。结果表明,在风洞模拟紊流场中,抖振力的跨向相关性大于脉动风的相关性仅在一定的跨向间距内成立;而在自然大气紊流场中,抖振力的跨向相关性则介于纵向脉动风与竖向脉动风的相关性之间。最后,利用Davenport提出的相干函数经验公式计算了自然大气紊流场中抖振力的相关性,通过对比验证了方法的有效性。

关键词：抖振力脉动风谱经验相干函数互相关系数

斜风下考虑桥塔干扰的流线型箱梁三维抖振力特性及气动导纳识别研究

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斜风下考虑桥塔干扰的流线型箱梁三维抖振力特性及气动导纳识别研...

作者：张聪重庆大学

学位级别：硕士

现代桥梁为满足更复杂的功能设置与交通出行需要,朝着大跨度与轻柔度方向发展,大气边界层紊流作用下的桥梁断面静风荷载与抖振力响应受到更多因素的制约,其中斜风作用与桥塔干扰效应是大跨度桥梁抖振力研究中的重要影响因素。因此,研究... 详细信息

现代桥梁为满足更复杂的功能设置与交通出行需要,朝着大跨度与轻柔度方向发展,大气边界层紊流作用下的桥梁断面静风荷载与抖振力响应受到更多因素的制约,其中斜风作用与桥塔干扰效应是大跨度桥梁抖振力研究中的重要影响因素。因此,研究斜风作用下考虑桥塔干扰效应的抖振力特性与三维气动导纳识别具有重要意义。本文基于钝体断面三维气动导纳识别理论,利用风洞测压的试验手段,在考虑桥塔干扰的前提下实现了双悬臂斜拉桥施工态在不同风攻角与风偏角组合工况的流线型箱梁气弹刚性模型测压试验,进一步分析研究了斜风作用下的桥梁静载系数与抖振力特性,并识别了不同风向角下的两波数升力气动导纳。本文主要研究内容包括以下四点:1.对斜风作用下的桥梁抖振经典分析理论进行了回顾,介绍了气动导纳函数的发展历程,梳理了航空翼型断面气动导纳与桥梁钝体断面气动导纳的区别与联系,对目前常用的导纳识别方法进行归纳总结,指出其优势与不足。2.在三维气动导纳谱张量分析理论基础上,利用重庆大学风洞试验室测压设备与特制的偏角旋转支架,在均匀流与格栅紊流场中进行气弹刚性测压模型试验,并验证了紊流风场的均匀各项同性与紊流三维效应,为后续抖振力分析与气动导纳识别奠定基础。3.基于桥梁静力三分力理论,将不同风向角工况的主梁静载三分力系数实测值进行分析,得到升力系数与阻力系数随风攻角与风偏角的变化规律,并将三分力系数风洞试验实测值与“余弦准则”曲线对比,证明了该准则不适用于斜风作用下主梁风荷载计算。4.基于钝体断面三维气动导纳识别理论,分析抖振升力各气动参数随桥塔干扰、风攻角与风偏角等不同变量的规律,识别得到斜风作用下考虑桥塔干扰时的抖振升力两波数气动导纳,揭示了斜风作用对流线型箱梁截面三维气动导纳的影响机理。

关键词：大跨度桥梁抖振力风偏角桥塔干扰三维气动导纳

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矩形断面抖振力展向相关性的试验研究

工程力学 2016年第1期33卷 39-46页

作者：李少鹏李明水马存明西南交通大学风工程试验研究中心成都610031 风工程四川省重点实验室成都610031

为了研究紊流作用下钝体的非定常气动力(抖振力),以矩形断面为例,通过测压试验研究不同紊流积分尺度下的非定常气动力的分布特性,并结合理论分析方法研究了现有导纳识别方法的缺陷,进而提出基于三维统计理论的两波数三维导纳初步识别方... 详细信息

为了研究紊流作用下钝体的非定常气动力(抖振力),以矩形断面为例,通过测压试验研究不同紊流积分尺度下的非定常气动力的分布特性,并结合理论分析方法研究了现有导纳识别方法的缺陷,进而提出基于三维统计理论的两波数三维导纳初步识别方法。结果表明:对于矩形这类钝体断面,其在紊流下的抖振力特性与流线型箱梁(桥梁主梁)接近,即抖振力的相关性高于脉动风速的相关性,且与紊流积分尺度成正比。另外,理论分析结果与实测数据间存在较大的差异,进一步表明传统的二维导纳函数无法反映真实的非定常气动力展向分布情况,而两波数的三维导纳则可揭示展向不同尺度漩涡都对抖振力的贡献。

关键词：抖振力展向相关性风洞试验积分尺度气动导纳函数统计理论

扁平双边肋主梁桥梁断面抖振力及气动导纳频谱特性研究

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结构工程师 2008年第3期24卷 96-101页

作者：文水兵朱乐东丁泉顺上海同豪土木工程咨询有限公司上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

以湖北荆沙长江大桥为背景,通过均匀流场和紊流场节段模型测力风洞试验对典型扁平双边肋主梁断面抖振力的频谱特性和气动导纳函数进行了研究。结果表明,由于特征紊流的存在,均匀流场中也存在抖振力,而且其频谱具有一个或一个以上的峰值... 详细信息

以湖北荆沙长江大桥为背景,通过均匀流场和紊流场节段模型测力风洞试验对典型扁平双边肋主梁断面抖振力的频谱特性和气动导纳函数进行了研究。结果表明,由于特征紊流的存在,均匀流场中也存在抖振力,而且其频谱具有一个或一个以上的峰值;在紊流度约10%的紊流场中,特征紊流效应依然存在,其引起的抖振力幅值与均匀流场中相当,但由于来流紊流产生抖振力明显占据主导地位,因此特征紊流的作用并不明显;气动导纳与Sears函数有明显区别,而且并非随频率增加而呈单调下降趋势,在来流和特征紊流频谱峰值点附近均存在相应的峰值。

关键词：抖振力来流紊流特征紊流频谱气动导纳

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钝体抖振力展向相关性的实验研究

钝体抖振力展向相关性的实验研究