高階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間氣動力展向相關(guān)性研究

華旭剛，李龍龍，陳政清, 2，溫青

高階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間氣動力展向相關(guān)性研究

華旭剛1，李龍龍1，陳政清1, 2，溫青3

(1. 湖南大學(xué) 風(fēng)工程與橋梁工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410082；2. 湖南大學(xué) 建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410082；3. 湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411021)

由于渦激力沿展向并不完全相關(guān)，在均勻流條件下基于寬高比為5:1的矩形截面多點(diǎn)彈性支撐氣彈模型，開展風(fēng)洞試驗(yàn)，對氣彈模型在高階模態(tài)振動狀態(tài)下以及靜止?fàn)顟B(tài)下的渦激力展向相關(guān)性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：氣彈模型的各豎彎模態(tài)均出現(xiàn)了頻率相同的2個(gè)渦振區(qū)間，第1渦振區(qū)間的表觀數(shù)為0.22，第2渦振區(qū)間的表觀St數(shù)為0.11；高階模態(tài)振動狀態(tài)下，不同模態(tài)的第1個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力展向相關(guān)系數(shù)最大值位于渦振幅值最大處，而第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力展向相關(guān)系數(shù)最大為位于渦振鎖定區(qū)間的上升段而非渦振幅值的最大處，且與節(jié)段模型的升力變化規(guī)律相似；靜止?fàn)顟B(tài)下氣彈模型的升力展向相關(guān)性系數(shù)隨著風(fēng)速(雷諾數(shù))的增加而表現(xiàn)出升高的趨勢，且隨展向間距增加而逐漸趨于0。

多點(diǎn)彈性支撐氣彈模型；高階模態(tài)渦振；展向相關(guān)性；風(fēng)洞試驗(yàn)

渦激共振是大跨度橋梁在低風(fēng)速下比較容易出現(xiàn)的一種風(fēng)致振動現(xiàn)象，是一種帶有自激性質(zhì)的限幅振動。渦振雖然不會產(chǎn)生毀滅性的振動，但是會影響行車安全，同時(shí)也會引起橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞。大跨度柔性懸索橋由于其頻率低而且非常密集、阻尼小，使得高階模態(tài)渦振的起振風(fēng)速落在常遇風(fēng)速范圍內(nèi)[1]。國內(nèi)外多座橋梁觀測到大幅渦激振動現(xiàn)象，如主跨1 624 m的丹麥大帶東橋在風(fēng)速為4~12 m/s的范圍內(nèi)相繼出現(xiàn)了第2~6階豎彎模態(tài)渦激振動，最大振幅高達(dá)0.35 m[2]；英國Kessock橋在建成通車后不久就發(fā)生了振幅達(dá)0.11 m的豎向渦激振動[3]；我國西堠門大橋也有類似高階模態(tài)渦振的報(bào)道[4]。橋梁的渦振振幅不僅與斷面的渦激力及結(jié)構(gòu)質(zhì)量?阻尼參數(shù)有關(guān)，還與渦激力的展向相關(guān)性有關(guān)[5]。由于橋梁結(jié)構(gòu)和流場具有三維特性，因此渦激力也具有三維特征。早在20世紀(jì)80年代，Bearman等[6]就對方柱斷面上渦激力的展向相關(guān)性開展了研究。近年來， Ricciardelli[7]通過對高寬比1:5矩形斷面渦激振動和顫振氣動力展向相關(guān)性的研究，提出了指數(shù)衰減加常數(shù)型展向相關(guān)性函數(shù)，該函數(shù)能夠很好地?cái)M合實(shí)測氣動力展向相關(guān)數(shù)據(jù)。劉小兵等[8]對1:5矩形斷面節(jié)段模型開展了靜止?fàn)顟B(tài)下測壓風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了展向間距和來流風(fēng)攻角對氣動力展向相關(guān)的影響。龔慧星[9]基于縮尺比為1/80的江順大橋主梁拉條模型風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了模型前3階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)的氣動升力展向相關(guān)性。LI等[10]通過對1:5矩形截面節(jié)段模型豎向和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動測壓風(fēng)洞試驗(yàn)研究了不同因素對渦振鎖定區(qū)間外氣動升力展向相關(guān)性的影響。綜上所述，雖然已經(jīng)有很多學(xué)者針對不同斷面形狀的模型進(jìn)行了氣動力展向相關(guān)性的研究，但是對渦振狀態(tài)下高階模態(tài)渦振鎖定區(qū)內(nèi)氣動力展向相關(guān)性的研究相對較少。因此，本文基于高寬比5:1矩形斷面的多點(diǎn)彈性支撐氣彈模型開展測壓風(fēng)洞試驗(yàn)，在均勻流條件下，測得了模型在振動狀態(tài)以及靜止?fàn)顟B(tài)下的壓力以及渦振響應(yīng)數(shù)據(jù)，分析了模型在不同模態(tài)下渦振鎖定區(qū)間內(nèi)氣動力的展向相關(guān)性。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)識別

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

多點(diǎn)彈性支撐氣彈模型全長6 m，芯梁由2根矩形不銹鋼鋼管和11根橫梁組成，外衣由1 mm厚的ABS板組成，每個(gè)外衣節(jié)段寬81 mm，全橋共有72個(gè)節(jié)段。外衣和芯梁之間通過墊塊連接，模型兩端采用簡支約束，氣彈模型的彈性支撐由5對剛度為1 000 N/m的彈簧組成。氣彈模型的芯梁構(gòu)造圖以及芯梁與外衣之間的連接圖如圖1和圖2所示，基本參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)在湖南大學(xué)HD-2風(fēng)洞大試驗(yàn)段完成，該試驗(yàn)段截面尺寸為8.5 m×2.0 m×15 m，風(fēng)洞中的氣彈模型如圖3所示。

單位：mm

圖2 外衣與芯梁連接圖

表1 氣彈模型基本參數(shù)

圖3 風(fēng)洞中氣彈模型

為分析不同模態(tài)渦激力展向相關(guān)性，沿模型展向共布置了在8個(gè)截面測壓斷面，每個(gè)測壓斷面有34個(gè)測壓孔，測點(diǎn)布置如圖4所示。測壓斷面沿模型展向及在前5階模態(tài)振型的分布如圖5所示。

單位：mm

風(fēng)速采樣裝置采用TFI公司眼鏡蛇風(fēng)速測量系統(tǒng)，采樣頻率625 Hz，采樣時(shí)長30 s。風(fēng)壓采集裝置采用美國PSI公司壓力掃描閥系統(tǒng)，采樣頻率331 Hz，采樣時(shí)長30 s。

單位：mm

1.2 模態(tài)參數(shù)

由于試驗(yàn)條件的限制，模型一共布置了7個(gè)加速度計(jì)，位置分別在距離模型一端的/12，/6，/4，/3、3/8，5/12和/12處(為模型長度)。模態(tài)參數(shù)識別采用人工激勵法，給結(jié)構(gòu)一初始激勵，然后釋放，記錄模型各測點(diǎn)加速度響應(yīng)的自由衰減時(shí)程曲線，隨后采用隨機(jī)子空間法(SSI)識別了氣彈模型的各階頻率和阻尼，結(jié)果如表2所示，作為對比，表中同時(shí)列出了ANSYS理論計(jì)算頻率和FFT變換得到的頻率。試驗(yàn)工況如表3所示。

表2 氣彈模型模態(tài)參數(shù)識別結(jié)果

注：S-代表正對稱，A-代表反對稱，V-代表豎彎，下同。

表3 試驗(yàn)工況

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 理論背景

2個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)性可用協(xié)方差來表示：

進(jìn)一步可以定義這2個(gè)隨機(jī)變量之間的相關(guān)系數(shù)：

當(dāng)來流為均勻流時(shí)，矩形截面主梁展向不同位置處氣動力參數(shù)的展向相關(guān)性水平[7]可以通過相關(guān)性系數(shù)來描述：

式中：C為氣動力參數(shù)(通常以升力、阻力或升力矩系數(shù)表示)；為2個(gè)測量斷面之間的展向間距；為主梁橫截面的參考尺寸；var表示對氣動力參數(shù)求方差。

已有的風(fēng)洞試驗(yàn)研究顯示[7]，靜止?fàn)顟B(tài)和振動狀態(tài)主梁在均勻流場中不同斷面之間氣動力參數(shù)的展向相關(guān)性系數(shù)可以分別表示為如下的等式：

式中：c為與氣動力參數(shù)C相對應(yīng)的指數(shù)衰減系數(shù)，其大小與結(jié)構(gòu)橫截面的幾何外形和來流風(fēng)的特性有關(guān)；d為式(5)中氣動力參數(shù)展向相關(guān)性系數(shù)的水平漸進(jìn)值，代表了氣動力參數(shù)中沿展向完全相關(guān)的部分，參數(shù)c和d可以由最小二乘法擬合得到。

2.2 渦振試驗(yàn)結(jié)果

為研究氣彈模型在振動狀態(tài)下各階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)氣動力參數(shù)的展向相關(guān)性，對該模型開展了風(fēng)洞試驗(yàn)。試驗(yàn)來流為均勻流，試驗(yàn)過程中，從0風(fēng)速以增量0.1 m/s逐漸增加風(fēng)速，在渦振區(qū)間適當(dāng)細(xì)化步長且每次風(fēng)速增加停留足夠長的時(shí)間，以保證模型達(dá)到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。試驗(yàn)風(fēng)速內(nèi)，模型豎彎模態(tài)渦激振動響應(yīng)的實(shí)測結(jié)果如表4所示，模型各階模態(tài)有量綱和無量綱渦激振動響應(yīng)隨風(fēng)速的變化曲線如圖6和圖7所示。

表4 氣彈模型各模階態(tài)渦振響應(yīng)實(shí)測結(jié)果

從圖6和圖7可以看出，試驗(yàn)風(fēng)速內(nèi)模型出現(xiàn)了第2~5階模態(tài)的渦振響應(yīng)，其中，第2~4階模態(tài)出現(xiàn)了2個(gè)渦振鎖定區(qū)間，有學(xué)者在研究節(jié)段模 型[11?13]和拉條模型[9]的渦振特性時(shí)也觀察到了同樣的現(xiàn)象。無量綱化之后的第2階模態(tài)第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間的跨度范圍與第3階和第4階模態(tài)的不一致。

同時(shí)，從圖7可以看出，各階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間振幅隨模態(tài)階次的增加而降低，與文獻(xiàn)[14]研究結(jié)果有所不同，文獻(xiàn)[14]采用的試驗(yàn)方法為強(qiáng)迫振動，可以使模型的各階模態(tài)渦振相應(yīng)得到充分地發(fā)展，且模型沒有出現(xiàn)小風(fēng)速渦振區(qū)間，而本文采用的試驗(yàn)方法為自由振動，由于試驗(yàn)?zāi)Ｐ透麟A頻率密集，各模態(tài)之間存在模態(tài)競爭，各渦振鎖定區(qū)間存在相互抑制的現(xiàn)象，導(dǎo)致渦振響應(yīng)未能充分發(fā)展，所以會出現(xiàn)不同的試驗(yàn)現(xiàn)象。此外，氣彈模型的高階模態(tài)阻尼比較大，也是導(dǎo)致高階模態(tài)渦振振幅小的重要原因。

圖6 氣彈模型渦振響應(yīng)隨風(fēng)速的變化曲線

2.3 第2階模態(tài)渦振區(qū)間升力展向相關(guān)性分析

本文只針對第2階、第3階和第4階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間渦激力參數(shù)進(jìn)行展向相關(guān)性分析。將各階模態(tài)的第1個(gè)和第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間分別稱區(qū)間1和區(qū)間2。三維氣彈模型高階渦振的氣動力隨著振型的變化沿主梁展向表現(xiàn)出振型波效應(yīng)[15]，這與節(jié)段模型的振動是完全不同的，因此，本文主要針對單個(gè)振型波內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究。

模型第2階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力系數(shù)展向相關(guān)性分析時(shí)風(fēng)速選取如表5及圖8所示，圖中1~6分別表示渦振鎖定區(qū)間不同位置處的風(fēng)速。

圖7 無量綱化渦振響應(yīng)隨折算風(fēng)速的變化曲線

圖8 第2階模態(tài)渦振響應(yīng)隨風(fēng)速的變化曲線

表5 主梁第2階模態(tài)升力展向相關(guān)性分析風(fēng)速選取及擬合參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果顯示S4測壓斷面的測壓數(shù)據(jù)異常，因此本文排除了S4測壓斷面的數(shù)據(jù)。根據(jù)測壓斷面的分布，第2階模態(tài)主要研究了S1，S2，S3和S5測壓斷面之間氣動力參數(shù)的展向相關(guān)性，同時(shí)，根據(jù)式(5)對升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)進(jìn)行擬合，對應(yīng)氣動力沿展向衰減系數(shù)c以及水平漸進(jìn)值d如表5所示，升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)擬合曲線與試驗(yàn)測試結(jié)果如圖9及圖10所示。

圖9 第2階模態(tài)區(qū)間1升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

圖10 第2階模態(tài)區(qū)間2升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

從圖9可以看出，第2階模態(tài)第1個(gè)渦振鎖定區(qū)間振幅最大處風(fēng)速4對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)最大，由表5可知，其對應(yīng)的衰減系數(shù)最??；起振點(diǎn)風(fēng)速1和結(jié)束點(diǎn)風(fēng)速6對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)衰減較快，且起振點(diǎn)風(fēng)速1對應(yīng)升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)衰減最快；在渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)且沿展向間距的增加而減小，趨于某一定值。

從圖10中可以看出，該渦振鎖定區(qū)間內(nèi)，上升段風(fēng)速2和3對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)最大，這與文獻(xiàn)[16]矩形斷面節(jié)段模型升力系數(shù)展向相關(guān)性的試驗(yàn)研究結(jié)果相一致；起振點(diǎn)風(fēng)速1對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)衰減最快，下降點(diǎn)風(fēng)速6對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)由于其水平漸進(jìn)值為負(fù)，所以其衰減較快。

2.4 第3階模態(tài)升力展向相關(guān)性分析

對于第3階模態(tài)，根據(jù)其振型研究了S3-S8(不含S4)測壓斷面升力系數(shù)之間的展向相關(guān)性，該階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力系數(shù)展向相關(guān)性分析時(shí)風(fēng)速選取如圖11及表6所示。根據(jù)式(5)對升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)進(jìn)行擬合，衰減系數(shù)c以及水平漸進(jìn)值d如表6所示，升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)擬合曲線與試驗(yàn)測試結(jié)果如圖12及圖13所示。

圖11 第3階模態(tài)渦振響應(yīng)隨風(fēng)速的變化曲線

從圖12可以看出，在一定展向范圍內(nèi)，第3階模態(tài)第1個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)幅值最大處風(fēng)速4對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)最大，由表6可知，其對應(yīng)的衰減系數(shù)最小；起振點(diǎn)風(fēng)速1對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減最快；當(dāng)相對展向間距超過12以后，幅值最大處風(fēng)速4和渦振鎖定區(qū)間上升點(diǎn)風(fēng)速3對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減加快，是因?yàn)槠鋵?yīng)的水平漸進(jìn)值為負(fù)值。

從圖13可以看出，起振點(diǎn)風(fēng)速1對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減最快；在一定范圍內(nèi)，終止點(diǎn)風(fēng)速6對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)最大；幅值最大處風(fēng)速4對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)大于上升段風(fēng)速2對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)，與第2階模態(tài)第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力展向相關(guān)系數(shù)的變化規(guī)律有所不同，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是該鎖定區(qū)間風(fēng)速4，5和6與第5階模態(tài)第1個(gè)渦振鎖定區(qū)間的起振點(diǎn)以及上升點(diǎn)重合所致。

表6 主梁第3階模態(tài)展向相關(guān)性分析風(fēng)速選取及擬合參數(shù)

圖12 第3階模態(tài)區(qū)間1升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

圖13 第3階模態(tài)區(qū)間2升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

2.5 第4階模態(tài)升力展向相關(guān)性分析

對于第4階模態(tài)，根據(jù)其振型研究了S2-S5(不含S4)測壓斷面之間的升力系數(shù)展向相關(guān)性，該階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力系數(shù)展向相關(guān)性分析時(shí)風(fēng)速選取如圖14及表7所示。根據(jù)式(5)對升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)進(jìn)行擬合，衰減系數(shù)c以及水平漸進(jìn)值d如表7所示，升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)擬合曲線及試驗(yàn)結(jié)果如圖15及圖16所示。

從圖15及表7中可以看出，下降點(diǎn)風(fēng)速5對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)最大，其對應(yīng)的衰減系數(shù)最小，幅值最大處風(fēng)速4對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)擬合曲線與其非常接近；起振點(diǎn)和上升點(diǎn)風(fēng)速1和2對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減較快，且起振點(diǎn)風(fēng)速1對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減最快。

圖14 第4階模態(tài)渦振響應(yīng)隨風(fēng)速的變化曲線

表7 主梁第4階模態(tài)展向相關(guān)性分析風(fēng)速選取及擬合參數(shù)

圖15 第4階模態(tài)區(qū)間1升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

圖16 第4階模態(tài)區(qū)間2升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

從圖16可以看出，在第4階模態(tài)第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)，上升段風(fēng)速3對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)最大，起振點(diǎn)和上升點(diǎn)風(fēng)速1和2對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)衰減較快，且上升點(diǎn)風(fēng)速2對應(yīng)的衰減系數(shù)最大，說明其衰減最快，結(jié)束點(diǎn)風(fēng)速6由于其水平漸進(jìn)值最小，所以在展向范圍內(nèi)其衰減最快。

2.6 靜止?fàn)顟B(tài)下升力展向相關(guān)性

為了與振動狀態(tài)下渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力系數(shù)展向相關(guān)性，測試了模型在靜止?fàn)顟B(tài)下的氣動力，由于在靜止?fàn)顟B(tài)下，氣動力中不包含自激力成分，所以采用式(4)進(jìn)行升力系數(shù)展向相關(guān)性擬合。風(fēng)速取值為各階模態(tài)渦振鎖定區(qū)間幅值處的風(fēng)速數(shù)據(jù)，如表8所示，試驗(yàn)測試結(jié)果及擬合曲線如圖17 所示。

圖17 靜止?fàn)顟B(tài)下升力系數(shù)展向相關(guān)系數(shù)

從圖18可以看出，靜止?fàn)顟B(tài)下氣彈模型升力展向相關(guān)系數(shù)隨著風(fēng)速(雷諾數(shù))的增加而增加，且各風(fēng)速對應(yīng)的升力展向相關(guān)系數(shù)隨著展向間距的增大而逐漸趨于0，這是因?yàn)殪o止?fàn)顟B(tài)下氣動力參數(shù)中不包括與與運(yùn)動有關(guān)的沿展向完全相關(guān)的氣動力成分[7]。

表8 靜止?fàn)顟B(tài)下升力展向相關(guān)性分析風(fēng)速選取

3 結(jié)論

1) 多點(diǎn)彈性支撐氣彈模型在試驗(yàn)風(fēng)速下出現(xiàn)了第2階到第5階模態(tài)的渦振響應(yīng)，且第2階到第4階模態(tài)下出現(xiàn)了2個(gè)渦振鎖定區(qū)間，每階模態(tài)下對應(yīng)渦振鎖定區(qū)間的振幅表現(xiàn)出隨著模態(tài)階次的升高而下降的趨勢，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能與模態(tài)競爭導(dǎo)致渦振響應(yīng)未能充分發(fā)展有關(guān)。

2) 高階模態(tài)振動狀態(tài)下，不同模態(tài)的第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力展向相關(guān)系數(shù)最大為位于渦振鎖定區(qū)間的上升段而非渦振幅值的最大處，而第1個(gè)渦振鎖定區(qū)間內(nèi)升力展向相關(guān)系數(shù)最大值位于幅值最大處。

3) 靜止?fàn)顟B(tài)下，氣彈模型的升力展向相關(guān)性系數(shù)隨著風(fēng)速(雷諾數(shù))的增加而表現(xiàn)出升高的趨勢，且隨展向間距的增加而逐漸趨于0，同時(shí)在靜止?fàn)顟B(tài)下，指數(shù)衰減型函數(shù)能很好地?cái)M合結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)速下的升力系數(shù)展向相關(guān)性。

4) 隨著模態(tài)階次的增加，即單個(gè)振型波長度越小，各階模態(tài)第2個(gè)渦振鎖定區(qū)間各風(fēng)速對應(yīng)的升力系數(shù)展向相關(guān)性越接近。

5) 采用指數(shù)衰減加常數(shù)型函數(shù)擬合氣彈模型渦振狀態(tài)下渦激力的展現(xiàn)相關(guān)性時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)際上存在較大的離散性，但指數(shù)衰減型函數(shù)能夠較好的擬合靜止?fàn)顟B(tài)下氣彈模型的渦激力展向相關(guān)性，所以初步推斷：振型可能會對渦激力的展向相關(guān)性產(chǎn)生一定的影響。

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Experimental study of spanwise correlation of vortex shedding lift forces of sectional models undergoing different modes of vibration

HUA Xugang1, LI Longlong1, CHEN Zhengqing1, 2, WEN Qing3

(1. Key Laboratory of Wind and Bridge Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China;2. Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency, Ministry of Education, Hunan University, Changsha 410082, China;3. College of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Changsha 411021, China)

Vortex-induced forces are not completely correlated along the spanwise direction. Based on a rectangular cross-section multi-point elastically supported aeroelastic model with a width-to-height ratio of 5:1 under uniform flow conditions, wind tunnel tests was carried out to study the spanwise correlation of the aeroelastic model under high-order mode vibration and static state.The results show that in the vertical bending modes of the aeroelastic model, two vortex intervals with the same frequency appear, the apparent St number of the first vortex interval is 0.22, and the apparentnumber of the second vortex interval is 0.11; in the high-order mode vibration state, the maximum value of the lift spanwise correlation coefficient in the first vortex-locking interval of different modes is at the maximum of the vortex-induced vibration amplitude.The maximum value of the lift-off correlation coefficient in the second vortex-locking interval is located at the rising portion of the vortex-locking interval rather than the maximum value of the vortex-induced vibration amplitude, and is similar to the lift variation law of the sectional model.The lift spanwise correlation coefficient of the aeroelastic model in static state shows an increasing trend with the increase of wind speed (Reynolds number), and gradually tends to 0 with the increase of span.

multi-point elastic support aeroelastic model; high-order vortex-induced vibration; spanwise correlation;wind tunnel test

TH212；TH213.3

A

1672 ? 7029(2020)06 ? 1436 ? 10

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20190420

2019?05?16

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51422806,51278189)

華旭剛(1978?)，男，浙江義烏人，教授，博士，從事大跨橋梁風(fēng)致振動與控制的研究；E?mail：cexghua@hotmail.com

(編輯 涂鵬)