大跨桥梁颤振导数识别的强迫振动法研究

【摘要】： 长期以来，桥梁断面颤振导数的识别都是大跨度桥梁颤抖振响应分析中的重点和难点问题。鉴于目前桥梁断面颤振导数识别的水平和存在的问题，本文通过对大跨度桥梁非定常气动力、颤振分析方法及颤振导数识别方法的回顾和评述，基于现有的非定常气动力和颤振导数的测试方法，在国家自然科学基金与铁道部重点学科基金的联合资助下，研究开发了一套在风洞中采用强迫振动法测试颤振导数的装置。本文主要进行了以下几方面的工作： 1．首次在国内成功实现了在风洞中测试桥梁节段模型颤振导数的强迫振动法，并通过大量的试验验证了本测试装置的可靠性。结果显示：本文提出的强迫振动法装置具有试验数据稳定、数据重复性好、可测量的折减风速范围宽、交叉项导数与对角项导数具有同等精度和不需要复杂的系统识别过程等一系列优点。 2．通过系列试验考查了模型驱动频率和振幅对颤振导数的影响，验证了驱动频率和振幅对颤振导数影响很小。在折减风速的实用范围之内，颤振导数只是折减风速的函数。 3．通过对三种典型断面颤振导数的测试，考查了各颤振导数随断面形状的变化趋势，说明了最主要的变化体现在与扭转阻尼有关的H_2和A_2项。 4．考查了Scanlan的线性假定：如果自激力与模型运动的位移、速度成线性关系，模型振动是某一频率的正弦函数，那么相应的自激力也应是这一频率的正弦函数，高次谐波的分量应极小。结果表明对薄平板这一类近乎流线体的断面，自激力与振动参数之间能较好地满足线性关系。而钝体断面的颤振自激力高次谐波分量较大，具有较明显的非线性响应特征，验证了用颤振导数表示钝体的自激力只是一种线性近似。 5．在两自由度桥梁断面颤振导数的强迫振动法识别装置的基础上，我们和国防科技大学及同济大学风洞试验室联合研制开发了一套三自由度桥梁断面颤振导数的强迫振动法识别装置，进一步的研究正在进行中。