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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

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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

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

双边箱式Π型梁的抖振力展向相关性的试验研究

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湖南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：李宇冯朴陈哲李加武长安大学公路学院

目前，Π型主梁是中等跨度斜拉桥最常用的主梁类型，但有关它的抖振力展向相关性的研究却非常少. 因此，有必要对该问题开展深入的研究，以提高Π型主梁的抖振计算精度. 在本研究中，制作了三种宽高比（B:H）的双边箱式Π型梁（BDSBG）... 详细信息

目前，Π型主梁是中等跨度斜拉桥最常用的主梁类型，但有关它的抖振力展向相关性的研究却非常少. 因此，有必要对该问题开展深入的研究，以提高Π型主梁的抖振计算精度. 在本研究中，制作了三种宽高比（B:H）的双边箱式Π型梁（BDSBG）的节段模型，并在两类格栅湍流场和均匀流引起的“特征湍流”中，通过测压试验测量了各测点的风压时程，用于计算抖振力及其功率谱、抖振力的展向互相关系数和展向相干函数，进而研究了不同的B:H和湍流场对BDSBG的抖振力的功率谱和抖振力展向相关性的影响. 结果表明：1）随着B:H的增加，BDSBG的抖振力的能量逐渐减小；湍流场的湍流度越大，提供给BDSBG的抖振力的能量也就越多；另外，格栅湍流会极大地削弱涡脱频率对BDSBG的抖振力功率谱的影响. 2）随着B:H的增加，BDSBG的抖振力展向的相关性和相干性都逐渐增大，并都分别远大于脉动风展向的相关性和相干性，而且它们的差距会随着B:H的增加而增大；另外，随着湍流场的湍流度的增加，BDSBG的抖振力展向相关性也会逐渐增大，但BDSBG的抖振力展向相干性的离散性和涡脱频率对BDSBG的抖振力展向相干性的影响则都会逐渐减弱.

关键词：双边箱式Π型梁宽高比抖振力功率谱展向相关性风洞试验

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

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

不同宽高比矩形断面抖振力特性的紊流三维畸变效应风洞试验研究

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不同宽高比矩形断面抖振力特性的紊流三维畸变效应风洞试验研究

作者：程明健重庆大学

学位级别：硕士

近年来随着桥梁跨径和建筑物高度的增加,风荷载对结构物的作用越来越明显,如何精确评估并控制风致抖振响应是桥梁抗风研究中重要的课题。以往研究发现钝体断面存在明显的非定常行为,忽略钝体断面抖振力三维效应和三维畸变效应的影响,将... 详细信息

近年来随着桥梁跨径和建筑物高度的增加,风荷载对结构物的作用越来越明显,如何精确评估并控制风致抖振响应是桥梁抗风研究中重要的课题。以往研究发现钝体断面存在明显的非定常行为,忽略钝体断面抖振力三维效应和三维畸变效应的影响,将会严重低估作用在桥梁上的抖振荷载大小,使桥梁安全无法得到有效保障。而矩形断面作为经典的钝体断面,其在实际工程中的应用非常广泛,如高层建筑、桥梁等,已有研究表明宽高比是矩形断面气动外形的重要控制因素。因此,本文以矩形断面为研究对象,探究了宽高比和紊流参数对其流动机理和抖振力气动特性的影响。同时考虑实际工程结构中常见的变截面连续梁、连续刚构桥或大气边界层中的高层建筑等,其尺度比uL D或wLB（uL、wL为紊流的纵向和竖向积分尺度,D、B为矩形断面的特征尺寸高度和宽度）不断变化,探讨了此时矩形断面上紊流三维抖振力气动特性的特殊规律,为大跨桥梁和高层建筑的精细化分析提供重要参考。本文的主要研究内容如下:（1）探究了宽高比和紊流参数对于矩形断面表面风荷载的影响规律,从表面风压的特征值平均风压系数、脉动风压系数、偏度系数和峰度系数出发,同时考虑模型截面形式变化的影响,分析了不同宽高比矩形断面的表面风压分布特性和非高斯特性,以此推导了各矩形断面的流动机理。（2）探究了宽高比和紊流参数对于矩形断面抖振力空间相关性的影响,通过对比分析不同宽高比矩形断面模型在不同紊流风场中识别出的抖振力相干函数,提供了考虑有紊流积分尺度（wL、uL）和模型特征尺寸（B、D）影响的广义相干函数模型,并在变截面模型中验证了该相干函数模型的普适性,为后续抖振力气动特性分析做基础。（3）基于矩形断面流动机理和抖振力空间相关性的研究结果,提出了广义的三维气动导纳模型并识别出不同宽高比矩形断面模型在不同紊流中的抖振力一波数气动导纳、二维气动导纳、展向修正项以及三维气动导纳等,系统研究了紊流尺度和矩形宽高比对于抖振力紊流三维畸变效应的影响规律和作用机理。（4）探究了变截面模型与等截面模型风荷载的内在关系,对比分析了宽高比和变截面斜率对抖振力谱、抖振力相干函数、抖振力气动导纳函数、展向修正项等特征值的影响。同时从二维气动导纳的角度,系统研究了模型尺度比、宽高比和模型展向变化斜率对二维气动导纳的影响规律,在此基础上,提出广义二维气动导纳经验模型,能够描述矩形断面结构紊流畸变效应影响,可以用于该类型钝体结构风洞试验紊流尺度模拟偏差修正,为大跨度桥梁和高层建筑风荷载准确评估提供参考。

关键词：矩形断面宽高比紊流三维畸变效应抖振力气动导纳

双边箱形Π形梁抖振力展向相干函数的试验研究

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交通科技 2024年第3期 75-81页

作者：陈哲中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

为研究大跨度斜拉桥双边箱形Π形梁的合理抖振力展向相干函数模型,通过风洞湍流场刚性节段模型测压试验得到了3种不同宽高比双边箱形Π形梁的抖振力展向相干函数试验值,利用三类抖振力展向相干函数模型采用非线性最小二乘法对其进行拟合... 详细信息

为研究大跨度斜拉桥双边箱形Π形梁的合理抖振力展向相干函数模型,通过风洞湍流场刚性节段模型测压试验得到了3种不同宽高比双边箱形Π形梁的抖振力展向相干函数试验值,利用三类抖振力展向相干函数模型采用非线性最小二乘法对其进行拟合,并与抗风规范给出的抖振力展向相干函数进行对比分析。结果表明,三类抖振力展向相干函数模型均能较好拟合双边箱形Π形梁的抖振力展向相干函数试验值,Jakobsen指数型相干函数模型拟合效果最佳。双边箱形Π形梁的抖振力展向相干函数整体上大于抗风规范给出的抖振力展向相干函数,采用抗风规范给出的抖振力展向相干函数计算大跨度斜拉桥双边箱形Π形梁抖振响应会出现低估。

关键词：双边箱形Π形梁抖振力风洞试验展向相干函数

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