桥梁节段模型不完全相似模拟的涡振等效方法研究

来源：振动与冲击杂志2025年第24期北京时间：

作者：汪国隆，张志田zhangzhitian999，李春光

单位：1.海南大学土木建筑工程学院，海口570228；2.长沙理工大学土木建筑工程学院，长沙410114

摘要：在严格的相似准则下，桥梁节段模型风洞试验中存在质量、刚度、阻尼等参数难以精确匹配的难题。本文提出一种基于Strouhal数（St）与Scruton数（Sc）综合控制的不完全相似模拟方法，以实现涡激振动（VIV）振幅的等效性。基于理论推导建立了无量纲振幅表达式，揭示了St数与Sc数的乘积是控制振幅一致性的关键参数，并由此提出通过调节系统阻尼和固有频率（而非单一参数）的等效原则。设计两组气动外形相同，但质量、刚度、阻尼差异显著的节段模型（缩尺比1:50），开展风洞试验验证理论模型，结合Newmark-β法反算涡激力参数（Y_1 、ε）及振幅。结果表明，在S_t∙S_cr保持恒定的条件下，大幅改变模型质量、刚度以及阻尼比参数值的情况下，稳态振幅与标准参数下的试验值误差均小于5%，且动态响应时程趋于稳定后幅值一致。进一步分析表明，质量较小的系统更快达到稳态，但最终振幅与质量较大系统无显著差异。本文研究结果弱化了传统涡振试验对系统参数要求、提高涡振试验装置的适用性。<br>

关键词：桥梁；节段模型；涡激振动；不完全相似模拟；Strouhal数；Scruton数；风洞试验