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随着现代建筑科学的发展,大跨度桥梁不断出现,但随着跨度的增加,桥梁结
构的柔性和弹性也大大增加,从而导致对风的敏感性急剧增加。为了保证大跨度桥
梁运行的安全性和舒适性,桥梁抗风研究已经成为一个不可忽视的课题,并成为近
年来国际桥梁界的关注重点。风致振动在国内外桥梁工程界一直是一个研究难点和
热点问题,而大跨度桥梁的抖振响应预测是确定桥梁风载的重要前提之一。
气动导纳是计算抖振响应必不可少的基本依据。自从Davenport在60年代建立
了气动导纳这个概念之后,绝大多数的抖振分析都是在准定常理论基础上以Sears
气动导纳函数为计算准则的,在设计计算中一般分别将考虑气动导纳和不考虑气动
导纳作为预测抖振力的下限和上限。但是,在实际工程中发现,真实的抖振响应与
预测值之间存在无法忽视的误差。Sears函数是无厚度平板在各向同性流场中推导而
出的,但实际结构大多为钝体结构,源自于流线型结构的Sears函数对钝体的适用
性值得怀疑。近年来的研究又发现,实际气动导纳与Sears函数曲线有交叉现象,
因此,有必要对气动导纳进行重新认识。
通常的抖振分析都是以由气动导纳计算得到的抖振力输入量,从而得到抖振响
应,通常忽略了气动弹性效应。气动导纳在本质上应当是对来流脉动分量的力传递
函数,从流体力学的角度上讲是对来流中各种不同尺度的流动特征结构的选择性放
大。风工程中常用的一个基本假设是,钝体的分离流动对雷诺数的影响不敏感。但
是多年来的广泛研究已经推翻了这条沿用多年的假设,也就是说明钝体绕流的形态
随雷诺数的变化可能发生明显的转变,从而影响钝体结构的静力和脉动力特性。现
在已经发现,气动导纳函数不仅是外形的函数,还受到来流条件和流动发展形态的
极大影响。
本文在探索气动导纳试验技术的基础上,研究了湍流、风速和模型外形对气动
导纳的影响,初步得到了一些规律性的结论,其中最重要的结论是气动导纳与流动
形态的相关性。同时,为了将流动形态和结构自身振动特性等因素与结构的风振响
应紧密联系起来,本研究建议构造一个总体气动导纳函数,将涡振、抖振和颤振参
数统一化。
关键词:风工程,风致振动,气动导纳,抖振,流动形态,钝体