扁平箱梁断面弯扭耦合软颤振非线性特性研究

来源：中国血液净化杂志2019年第10期北京时间：

作者：高广中, 朱乐东, 吴昊, 李加武

单位：1. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064;2. 同济大学 土木工程学院, 上海 200092;3. 同济大学 土木工程防灾国家重点实验室, 上海 200092;4. 同济大学 桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室, 上海 200092;5. 华润置地华东大区温州公司, 上海 200122

摘要：针对大跨度桥梁软颤振非线性特性，采用弹簧悬挂节段模型风洞试验法，研究了典型扁平箱梁断面（宽高比10.7：1）在均匀流场下的软颤振响应，并采用一种新型的高精度测力技术——内置天平同步测力测振法测量了非线性颤振自激力时程，该测力技术可大幅降低天平信号中的惯性力成分，提高自激力的测量精度。试验结果表明：扁平流线型箱梁断面在风攻角5°、±3°和0°时均出现了软颤振响应，观测到的软颤振现象表现为自限幅的极限环振荡，振幅随着风速的增加而增大，随着风攻角的增大，软颤振起振风速降低，振幅增加的斜率变缓；软颤振振动出现在扭转模态，竖向和扭转位移均存在一定的高次谐波成分，但与基频相比较为微弱，可以忽略；扁平箱梁断面的软颤振具有显著的弯扭自由度耦合特性，弯扭耦合程度随风速增加而增大，在软颤振振幅发展过程中，节段模型仍然以线性扭转复模态的形式振动，扭转复模态向量的幅值变化较为明显（约15%），需要考虑其随振幅的缓变特性，相位特性变化非常微弱（相位差变化小于3%），可以忽略。基于内置天平同步测力测振技术，测量得到的非线性自激力信号能够较为精确地计算软颤振振动位移时程，具有较高的精度，自激升力和自激扭矩均在大振幅下表现出显著的高次谐波成分。

关键词：桥梁工程,软颤振,弹簧悬挂节段模型试验,非线性自激振动,极限环振荡

基金资助：国家自然科学基金项目（51938012，51478360，51808052）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（300102218307）；桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室开放基金项目（KLWRTBMC18-02）；广东省高等学校结构与风洞重点实验室开放基金项目（201804）