分离式双箱梁风致振动全过程流场研究

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1、硕士学位论文分离式双箱梁风致振动全过程流场研究STUDYONFLOWFIELDOFTWINBOXGIRDERDURINGTHEWHOLEPROCESSOFWINDINDUCEDVIBRATION袁文永哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU352.2学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文分离式双箱梁风致振动全过程流场研究硕士研究生：袁文永导师：李惠教授申请学位：工程硕士专业学位学科：建筑与土木工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU352.2

2、U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONFLOWFIELDOFTWINBOXGIRDERDURINGTHEWHOLEPROCESSOFWINDINDUCEDVIBRATIONCandidate：YuanWenyongSupervisor：Prof.LiHuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofTranspor

3、tationScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要分离式双箱梁是一种较为新型的大跨度悬索桥主梁断面形式，具有良好的气动稳定性，与传统的整体式箱梁相比，其颤振临界风速较高，但对于涡激振动更为敏感。从现场监测资料可以看出，采用分离式双箱梁断面的某大跨度悬索桥在5m/s至10m/s的风速范围内涡激振动现象较为明显。目前对于诱导分离式双箱梁桥发生风致振动的原因仍没有清晰的解释

4、，尤其是从流场的角度，目前仍缺乏全面、深入的分析。本文对分离式双箱梁悬索桥风致振动全过程进行研究，以某大跨度悬索桥为对象，进行弹性节段模型风洞试验研究。试验采用1：200的几何缩尺比模型，测量了模型在0°风攻角层流风下的风致振动响应特性，并采用粒子图像测速（ParticleImageVelocimetry，PIV）系统观测了结构发生涡激共振及颤振时的绕流流场，以研究涡振及颤振过程的绕流场特征。具体研究内容所如下：1.测量结构的静态流场特征，研究不同风攻角下的分离式双箱梁绕流场形态。2.测量结构发生涡激共振时的振动响应特征及绕流场特性，对比不同风速下的振动响应

5、及流场特征，研究流场形态与结构振动的相互作用。3.测量结构发生颤振时的振动响应特征及绕流场特性，对比不同风速下的振动响应及流场特征，研究流场形态与结构振动的相互作用。试验结果显示，分离式双箱梁悬索桥在较低风速下会发生竖向及扭转两个方向的单自由度涡激共振，而竖向和扭转各自存在两个不同的锁定风速范围，结构振动频率均与结构固有的竖向、扭转频率相同；结构在较高风速下会发生竖向、扭转两个自由度的耦合颤振，此时竖向和扭转频率彼此相同，在气动阻尼的影响下又异于结构自身固有频率。通过对结构绕流气流速度场的识别得到了结构风致振动全过程的流场变化，包括旋涡的生成、传递和脱落过程

6、，进而对旋涡特征进行量化计算以分析结构振动和流场之间的相互作用。关键词：分离式双箱梁；涡激振动；颤振；PIV；风致动力响应-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractTwin-box-girder(TBG)isanewformoflong-spansuspendedbridgegirder,whichhavesplendidaerodynamicstability.Comparedwiththetraditionalboxgirder,thefluttercriticalvelocityofTBGismuchhigher.Atthesametime,th

7、eTBGbridgesaremoresensitiveofvortex-induced-vibration(VIV).AccordingtothestructuralhealthmonitoringsystemofacertainTBGsuspendedbridge,thevortexinducedvibrationatlowwindvelocityisrelativelystrong.Fornow,theinducingfactorofVIVandflutterisstillunclear.There'renoreasonabletheoryofthefl

8、owfield'sevolutionduringth