流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究

朱进波， 郑史雄， 唐 煜， 郭俊峰

(1.西南交通大学 土木工程学院 桥梁工程系，成都 610031；2.西南石油大学 土木工程与建筑学院，成都 610500)

桥梁颤振是一种自激发散振动，该振动现象会导致桥梁整体毁灭性的破坏。当前的颤振理论体系[1]已基本可以准确预测桥梁的颤振临界风速。该风速预测方法是建立在结构微幅振动的线性颤振理论框架[2-3]下，即桥梁颤振导数与断面振幅无关，求得的颤振临界风速具有明确的数值意义。在该风速后桥梁将直接作发散运动，在该体系之下并没有研究颤振后状态。

近年来随着材料科学、结构分析技术及施工方法的进步，桥梁结构逐步向大跨、轻柔化发展，悬索桥逐渐成为大跨度桥型的首选。而桥梁跨度的增长使得桥梁刚度和阻尼急剧下降，桥梁结构对风的敏感性增加，想要满足颤振设防规定需要大幅增加建桥成本，可以预见风对大跨度桥梁结构[4-6]的作用将逐渐成为提高桥梁跨径的主要制约因素之一。

基于风洞试验研究，Scanlan等将颤振导数表示的非定常气动自激力引入振动平衡方程中，摒弃了流固耦合的直接求解，建立了经典的颤振框架模型，采用半逆解法进行颤振求解。Wilde等[7-8]采用二自由度的状态空间复模态特征值求解方法(Complex Eigenvalue Analysis, CEVA)，其基本思想是将二维颤振问题转变为求解复特征值问题，以某阶模态下的阻尼比为零时，作为系统发散的依据，对应的风速为颤振临界风速。基于该框架下的解具有明确的数学意义，当风速超过这一临界点桥梁断面的振幅将指数级增加而出现发散，可实际现象中却并非如此。……