[发明专利]基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应直接预测方法及系统、存储介质

说明书

本发明公开了一种基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应直接预测方法及系统、存储介质，该方法基于两波数抖振理论，建立考虑三维效应的两波数抖振力模型，并根据结构展宽比和湍流积分尺度与结构宽度之比对三维效应的影响，提出综合传递函数的概念。通过合理的试验技术，依托节段模型测振试验识别结构综合传递函数，进而预测大跨度桥梁结构的抖振响应。该方法深入考虑了大跨度桥梁抖振响应计算中湍流三维效应的影响，指出了当前预测方法中存在的问题，实现了通过节段模型测振试验直接预测大跨度桥梁抖振响应，有效解决了因湍流参数模拟误差导致的抖振响应预测结果的偏差。降低了试验难度并节约了成本，且更有助于结构气动外形的设计优化。

技术领域

本发明涉及大跨度桥梁结构风致响应的测试、结构设计及施工技术领域，特别是一种基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应直接预测方法及系统、存储介质。

背景技术

风致抖振是大跨度桥梁等结构的一种重要振动形式，是目前结构风致振动的主要研究内容之一。合理、准确地预测结构的抖振响应对提高大跨度桥梁等结构的抗风性能具有重要的意义。迄今为止，大跨度桥梁抖振响应主要通过风洞试验和理论计算两种方法获得。然而鉴于大气湍流特性以及桥梁断面形式的复杂性和多样性，对桥梁抖振响应的预测尚无法建立完善的解析模型，通过纯理论分析很难算得作用于桥梁结构的气动力及风致响应，借助风洞试验是必不可少的重要手段。大跨度桥梁抖振响应的理论计算一直是基于节段模型试验识别桥梁断面的气动导纳、颤振导数等非定常气动参数，再经过抖振分析理论得到桥梁的抖振响应。然而，尽管现阶段理论公式发展得非常复杂，试验方法越发精细，但全桥气弹模型试验结果和基于节段模型试验参数识别的理论计算结果与实际情况仍然存在一定的偏差。抖振响应不仅与桥梁断面的几何形状及风与结构之间的相互作用有关，更与湍流特性及结构动力特性有着密切的关系。这意味着在准确模拟桥梁模型的基础上，风洞试验结果的准确性高度依赖于边界层湍流风参数的模拟精度。不幸的是，尽管目前的风场模拟技术能够在风洞中较为准确的实现对自然风平均风速剖面与湍流度剖面的模拟，但对自然风低频脉动成分的模拟始终存在缺陷，试验中模拟的湍流特性与实际桥址处的湍流特性存在一定的偏差。例如，试验模拟的湍流积分尺度无法达到期望大小，与桥梁结构特征尺寸的相对比值无法保证，难以很好的模拟大尺度湍流结构的作用，同时也导致湍流谱能量分布与实际情况不匹配，这将会低估实际结构的抖振响应。此外，湍流谱及空间相关性等的模拟也无法与实际保持一致。因此，高度依赖于湍流特性的抖振响应试验方法将导致实际桥梁结构抖振响应的不准确预测。如何避免因关键风参数模拟不准确而导致抖振响应预测结果发生偏差是亟待解决的难题。

另一方面，虽然全桥气弹模型风洞试验是当前测量大跨度桥梁抖振响应的最有效、最直接的风洞试验技术，但同时，全桥气弹模型风洞试验也存在费用高昂、模型设计制作难度大且周期较长等特点。而节段模型具有造价低、设计制作难度小以及准备时间短等特点，且外形易于更改，可根据试验结果及时对桥梁的气动外形进行优化。一直以来，节段模型试验仅通过测力及测压的方法识别气动导纳用于辅助理论计算，尚未有通过节段模型测振试验预测大跨度桥梁抖振响应的案例报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应直接预测方法，可以用于大跨度桥梁结构抖振响应的预测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应直接预测方法，包括以下步骤：

按照结构展长方向建立三维抖振力模型；

根据三维抖振力模型将气动导纳函数和结构机械导纳函数组合生成综合传递函数；

根据节段模型测振试验识别结构综合传递函数；

获取实际桥梁结构所在的湍流场特性参数；

通过综合传递函数计算实际桥梁结构的抖振响应。

进一步，所述综合传递函数按照以下公式计算：