并列碗形截面钢箱梁涡振特性研究

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随着人口和经济的增长,交通量的需求也急剧增加,设置更宽桥面的桥梁才能满足通行需求。实际桥梁工程中通常会采取平行双幅主梁桥梁的结构形式来满足需求。大量研究表明:当桥面间距较小时,两幅主梁之间会有一定程度的气动干扰,会增大桥梁的涡激共振响应。本文以主跨328m的跨江斜拉桥为背景,结合风洞试验手段开展了双幅桥主梁涡激共振性能研究。论文的主要内容如下:(1)回顾了大跨度桥梁和桥梁抗风研究尤其是涡激振动的研究的发展历史,并介绍了目前双幅桥梁的抗风研究。(2)开展了1:60缩尺比节段模型风洞试验,测试了单幅主梁的涡振特性,并通过改变双幅主梁之间的净间距(选取了D/B=0.29~D/B=1共6组间距)和提高模型阻尼比(0.005~0.01),详细研究了主梁间距和阻尼比对双幅碗形钢箱梁断面的涡振起振风速、风速锁定区间以及涡振最大振幅的影响。同时,与较为相似的天津塘沽海河桥风洞试验结果进行对比,探究不同双幅主梁断面形式干扰作用的区别。(3)以涡激振动计算理论为基础,结合经典涡激力模型和涡激力跨向相关函数,将节段模型风洞试验得到的竖向涡振振幅换算到三维全桥跨向涡振振幅,并基于该桥风洞试验结果对比研究了各国抗风规范中涡振限值。对于本文研究的碗形钢箱梁截面,其主要研究结论如下:(1)双幅主梁的涡振特性和单幅主梁有着显著区别,在双幅并列状态下,对于竖向涡振,迎风侧主梁对背风侧主梁竖向涡振有抑制作用,+5°攻角下迎风侧主梁竖向涡振振幅大于单幅主梁的竖向涡振振幅,而背风侧主梁几乎无明显振动;而对于扭转涡振,+3°、+5°攻角下两幅主梁的扭转振幅同时显著增大,远大于单幅主梁的扭转振幅;(2)双幅主梁之间净间距的变化并不改变涡振的起振风速和风速锁定区间,增加阻尼比后两幅主梁涡振响应显著降低;(3)与另一双幅非碗形主梁断面相比,双幅碗形主梁断面之间的干扰作用使两侧主梁扭转涡振响应同时显著增大,但对竖向涡振响应则表现为迎风侧主梁对背风侧主梁涡振的抑制作用。表明主梁断面类型不同,其干扰作用也不同;(4)是否考虑涡激力跨向相关性和振型相关性,对实桥振幅的计算结果有明显影响。
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