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懸索橋風毀失事，人們很自然地將這一風振現(xiàn)象比擬為裹冰狀態(tài)輸電纜的馳振或平板機翼的顫振。Bleich試圖用Theodorsen平板機翼顫振理論來解釋這一事故，但是他發(fā)現(xiàn)居此計算得到的顫振臨界風速遠高于Tacoma懸索橋破壞當天的實際風速。顯然機翼顫振系數(shù)不能直接用于氣動現(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來修正Theodorsen氣動力表達式，并通過逐次逼近方法計算出了較為合理的懸索橋顫振臨界風速，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，認為折算風速U/ωB和扭彎頻率比ε=ωα/ωh之間具有近似線性關(guān)系，從而導出了平板古典耦合顫振臨界風速Ucr的實用計算公式。

　　三、分離流顫振機理
　　當氣流繞過振動著的非流線性截面時，在迎風面的棱角處氣流將發(fā)生分離，同時產(chǎn)生渦旋脫落，也可能發(fā)生再附，其流態(tài)十分復(fù)雜，簡單地采用Theodorsen表達式已經(jīng)不能描述氣流作用在非流線體上的非定?？諝饬11].
　　1.非定常氣動力實驗測量
　　Theodorsen機翼氣動力表達式是建立在有勢流沿著翼面流動基礎(chǔ)之上的。一旦氣流有分離時，這一假定立即失效，而流動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)動機葉片上觀察到的。由于建立在分離流基礎(chǔ)之上的非定常氣動力表達式無法找到，因此從30年代開始，人們將注意力轉(zhuǎn)向用實驗方法來確定非定常氣動力，主要通過兩種方法來實施。一是直接測量法，即對確定形式振動的物體，采用拾振器、應(yīng)變計或其他儀器直接測量氣動力分量；二是間接測量法，即間接地從振動的物體上計算氣動力的大小，這兩種方法同樣適用于機翼和橋梁斷面。
　　1958年，F(xiàn)orshing采用直接測量法測得了各種棱柱體的非定常氣動力［12］，而Ukeguchi等人將 Halfman測量機翼非定常氣動力的方法，首次用到了橋梁斷面非定常氣動力的測定中，他們采用機械方法在兩個自由度方向用不同頻率的簡諧波激發(fā)剛體橋梁節(jié)段模型振動，在模型的支承處測量氣動力[13].隨后這種強迫振動技術(shù)在日本得到了很大的發(fā)展，被廣泛地用來測定鈍體斷面的氣動力和非線性性能[14－16].近年來，用于高速電子壓力掃描閥技術(shù)的發(fā)展，使得多點同步測量得以實現(xiàn)，這項技術(shù)的應(yīng)用開辟了非定常氣動力測量的又一新途徑「17」。
　　與直接測量法相反，間接氣動力測量方法一般只需要比較簡單的實驗設(shè)備，但是對實驗的要求更高，這一方法在橋梁氣動力學中的應(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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