巖土工程師：大跨度橋梁顫振穩(wěn)定性研究(二)

　　2.Bleich懸索橋顫振分析
　　1940年秋天，美國華盛頓州Tacoma懸索橋風(fēng)毀失事，人們很自然地將這一風(fēng)振現(xiàn)象比擬為裹冰狀態(tài)輸電纜的馳振或平板機(jī)翼的顫振。Bleich試圖用Theodorsen平板機(jī)翼顫振理論來解釋這一事故，但是他發(fā)現(xiàn)居此計(jì)算得到的顫振臨界風(fēng)速遠(yuǎn)高于Tacoma懸索橋破壞當(dāng)天的實(shí)際風(fēng)速。顯然機(jī)翼顫振系數(shù)不能直接用于氣動(dòng)現(xiàn)象更加復(fù)雜的鈍體截面中，例如Tacoma懸索橋的桁架加勁梁斷面。為此，BIeich又嘗試用考慮橋面斷面兩邊渦旋影響的附加升力項(xiàng)來修正Theodorsen氣動(dòng)力表達(dá)式，并通過逐次逼近方法計(jì)算出了較為合理的懸索橋顫振臨界風(fēng)速，從而建立起了懸索橋古典耦合顫振的分析方法［7］。
　　3. Kloppel/Thiele諾模圖
　　1961年，Kltw和Thiele將BIeich懸索橋古典耦合顫振理論的逐次逼近過程編制成計(jì)算程序，引入無量綱參數(shù)，分別繪制出不同阻尼比條件下顫振方程實(shí)部和虛部為零的兩條曲線的諾模圖，利用諾模圖可以直接求出顫振臨界風(fēng)速[8].該方法一直沿用到現(xiàn)在，例如ECCS中的附表[9].
　　4.Van der Put計(jì)算公式
　　1976年，van der put在Kloppel和Thiele諾模圖的基礎(chǔ)上，偏于安全地忽略了阻尼的影響，認(rèn)為折算風(fēng)速U/ωB和扭彎頻率比ε=ωα/ωh之間具有近似線性關(guān)系，從而導(dǎo)出了平板古典耦合顫振臨界風(fēng)速Ucr的實(shí)用計(jì)算公式。

　　三、分離流顫振機(jī)理
　　當(dāng)氣流繞過振動(dòng)著的非流線性截面時(shí)，在迎風(fēng)面的棱角處氣流將發(fā)生分離，同時(shí)產(chǎn)生渦旋脫落，也可能發(fā)生再附，其流態(tài)十分復(fù)雜，簡(jiǎn)單地采用Theodorsen表達(dá)式已經(jīng)不能描述氣流作用在非流線體上的非定?？諝饬11].
　　1.非定常氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)量
　　Theodorsen機(jī)翼氣動(dòng)力表達(dá)式是建立在有勢(shì)流沿著翼面流動(dòng)基礎(chǔ)之上的。一旦氣流有分離時(shí)，這一假定立即失效，而流動(dòng)分離所引起的失速顫振現(xiàn)象最早是在螺旋漿和航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上觀察到的。由于建立在分離流基礎(chǔ)之上的非定常氣動(dòng)力表達(dá)式無法找到，因此從30年代開始，人們將注意力轉(zhuǎn)向用實(shí)驗(yàn)方法來確定非定常氣動(dòng)力，主要通過兩種方法來實(shí)施。一是直接測(cè)量法，即對(duì)確定形式振動(dòng)的物體，采用拾振器、應(yīng)變計(jì)或其他儀器直接測(cè)量氣動(dòng)力分量；二是間接測(cè)量法，即間接地從振動(dòng)的物體上計(jì)算氣動(dòng)力的大小，這兩種方法同樣適用于機(jī)翼和橋梁斷面。
　　1958年，F(xiàn)orshing采用直接測(cè)量法測(cè)得了各種棱柱體的非定常氣動(dòng)力［12］，而Ukeguchi等人將 Halfman測(cè)量機(jī)翼非定常氣動(dòng)力的方法，首次用到了橋梁斷面非定常氣動(dòng)力的測(cè)定中，他們采用機(jī)械方法在兩個(gè)自由度方向用不同頻率的簡(jiǎn)諧波激發(fā)剛體橋梁節(jié)段模型振動(dòng)，在模型的支承處測(cè)量氣動(dòng)力[13].隨后這種強(qiáng)迫振動(dòng)技術(shù)在日本得到了很大的發(fā)展，被廣泛地用來測(cè)定鈍體斷面的氣動(dòng)力和非線性性能[14－16].近年來，用于高速電子壓力掃描閥技術(shù)的發(fā)展，使得多點(diǎn)同步測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用開辟了非定常氣動(dòng)力測(cè)量的又一新途徑「17」。
　　與直接測(cè)量法相反，間接氣動(dòng)力測(cè)量方法一般只需要比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但是對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求更高，這一方法在橋梁氣動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用是由Scanlan首創(chuàng)的[l1][18]，很快在世界范圍得到普及［19］［20］。

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