彈性懸掛彎扭耦合顫振模型表面壓力分布的時空特性及顫振機理分析

周志勇，楊立坤，葛耀君

(1.同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092;2.天津市市政工程設計研究院，天津 300000)

0 引言

橋梁風致振動所有問題從本質上講是流體和結構耦合振蕩所致的動力相互作用問題，是能量傳遞的問題，對發散性的顫振表現地更加明顯。橋梁顫振失穩可以分為單自由度(1DOF)扭轉顫振和兩自由度(2DOF)彎扭耦合顫振。Scanlan［1］提出可由8個氣動導數表征主梁斷面幾何外形的氣動力特性，從工程應用角度，Scanlan提出的氣動導數可確定大跨橋梁顫振穩定性能。

值原Tacoma橋倒塌50周年之際，英國 WYATT［2］提出:平板古典耦合顫振和鈍形斷面的分離流扭轉顫振是二種不同的機制，盡管通過風洞試驗能保證安全的抗風設計，但流體和結構的相互作用機理是不清楚的。

目前，橋梁顫振機理的研究主要有三類方法，分別是基于氣動導數的顫振驅動機理分析方法、基于計算流體動力學(CFD)的方法及基于粒子圖像測速技術(PIV)的方法。

基于氣動導數的顫振驅動機理分析方法首先通過節段模型風洞試驗識別的斷面氣動導數，然后進行二維或三維顫振分析。基于分步分析的思路，楊詠欣［3］用二維三自由度分析方法研究了二維橋梁節段模型扭轉、豎向和側向振動參數(系統阻尼及系統剛度)同斷面氣動導數的定量關系及顫振發生點各個自由度運動的耦合效應。

丹麥的 Larsen［4］利用二維隨機離散渦方法軟件(DVMFLOW)，顯示了原Tacoma橋斷面繞流流動和結構相互作用的全過程。研究表明旋渦沿主梁的漂移會使升力的作用點同時漂移，造成升力矩從正向負轉化，當渦的間距和橋面跨度達到一定的配合關系將激起發散的扭轉振動。……