π型叠合梁颤振试验及数值研究

汪志雄　张志田　吴长青　郄凯

摘要： 基于某π型叠合梁断面进行了颤振试验及颤振导数试验，试验结果表明断面的颤振形式是极限环振动（LCO）而非发散振动;分析了断面的后颤振极限环及频率演变特性;采用了基于阶跃函数的后颤振自激力模型并通过试验验证了其在计算颤振临界风速及后颤振幅值方面的精度及可靠性，进一步分析了数值计算和试验两者之间产生误差的成因;对比分析了几何非线性在后颤振数值计算中的作用;采用伪稳态自激力分离法解决平均风荷载重复计入的问题;研究了在+3°攻角下不同结构阻尼比对π型断面颤振临界风速及后颤振幅值演变的影响，研究表明π型断面的颤振和后颤振对结构阻尼具有较大的依赖性。数值计算结果表明，采用阶跃函数自激力模型成功地实现了平均风效应及几何非线性的时域分析，为分析大跨径桥梁的非线性后颤振性能提供理论依据及求解策略。

关键词： 风洞试验; 后颤振; 非线性; 阶跃函数; 极限环

中图分类号： TU311.3; U441+.2    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）02-0301-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.02.010

引 言

由于美国原Tacoma桥的风毁事件，桥梁的颤振失稳被认为是毁灭性的，即当风速达到临界点之后结构出现动力失稳，其振幅不斷增大直至结构破坏。多年来，桥梁的颤振稳定性采用一个临界风速来描述[1?5]，在设计上要求颤振临界风速不低于颤振检验风速。这一方法最大的缺点是忽略了颤振临界点断面气动性能的优劣，不能体现桥梁的后颤振抗风的强健性。……