基于非线性多项式涡激力模型的桥梁涡振响应有限元分析方法

来源：振动与冲击杂志2025年第19期北京时间：

作者：朱志昂，孟晓亮09000@sues

单位：上海工程技术大学城市轨道交通学院， 上海201600

摘要：现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测，而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此，本文首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型，推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式，建立了非线性多项式涡激力模型作用下，大跨度桥梁的非线性气动刚度、非线性气动阻尼矩阵；其次，在此基础上利用Newmark-β方法求解上述多自由度非线性涡激共振运动微分方程，同步获得了大跨度桥梁桥梁非线性涡激共振的位移和内力响应；最后以我国东南沿海某跨海大桥中的连续钢箱梁引桥作为工程背景，通过风洞试验确定了该桥主梁的非线性多项式涡激力模型和模型参数，利用本文建立的有限元方法获得了该桥的涡振位移响应，通过将本文位移计算结果与现有涡振振幅换算方法获得的结果进行对比后发现，两者对于涡振位移响应的预测结果相近，误差约在3%左右，验证了本文方法的有效性。研究结果表明，本文建立的基于非线性多项式的大跨度桥梁涡振响应分析的有限元方法，能够有效预测大跨度桥梁非线性涡振位移响应，显著提高涡振内力与应力响应的求解效率，该方法的建立不仅有助于大跨度桥梁抗风理论的完善，且具有显著的工程实用价值。<br>

关键词：涡激振动；有限元方法；动力响应；非线性多项式涡激力模型