[發(fā)明專利]一種研究豎彎和側(cè)彎振動阻尼比對橋梁顫振導(dǎo)數(shù)影響的測力試驗方法

在審

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• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107991044A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許福友;楊晶;曾冬雷
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01L5/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

1.一種研究豎彎和側(cè)彎振動阻尼比對橋梁顫振導(dǎo)數(shù)影響的測力試驗方法，其特征在于，所用的試驗裝置包括橋梁模型(1)、測力天平(2)、剛性支桿(3)、二元端板(4)、導(dǎo)軌(5)、滑塊(6)、齒板(7)、齒輪(8)、伺服電機(9)和底座(10)；橋梁模型(1)豎直放置，并固定支撐在置于其內(nèi)部的測力天平(2)上，確保橋梁模型(1)中心與測力天平(2)中心重合；測力天平(2)固定在豎直的剛性支桿(3)的頂端，剛性支桿(3)的底端固結(jié)在齒板(7)上，橋梁模型(1)兩端配置二元端板(4)，整體構(gòu)成一個剛性支撐系統(tǒng)；滑塊(6)安裝在導(dǎo)軌(5)上，齒板(7)固定在滑塊(6)上，并與之一起在導(dǎo)軌(5)上滑動；齒板(7)與齒輪(8)嚙合，伺服電機(9)產(chǎn)生不同初始振幅和不同阻尼比的非等幅簡諧扭轉(zhuǎn)振動，通過齒輪(7)與齒板(8)的傳動作用帶動橋梁模型(1)做同步非等幅簡諧豎彎或側(cè)彎振動，豎彎或側(cè)彎振動變換通過測試系統(tǒng)與風(fēng)向相對角度來實現(xiàn)，同步獲得橋梁模型(1)的扭轉(zhuǎn)位移、速度、加速度和測力天平(2)的六分力信號；根據(jù)橋梁模型(1)的質(zhì)量慣矩和振動加速度計算慣性力，將測得的總力減掉慣性力獲得氣動力，進一步減掉靜氣動力獲得自激力，然后根據(jù)相關(guān)理論識別豎彎或側(cè)彎不同振動阻尼比、不同振幅條件下的橋梁顫振導(dǎo)數(shù)，具體如下：

單自由度豎彎振動條件下，產(chǎn)生的自激扭矩、升力和阻力分別表示為：

MT=ρU2B2(KA1*h·U+K2A4*hB)---(1a)]]>

FD=ρU2B(KP1*h·U+K2P4*hB)---(1b)]]>

FL=ρU2B(KH1*h·U+K2H4*hB)---(1c)]]>

式中，M_T,F_L,F_D分別為自激扭矩、自激升力和自激阻力；ρ為空氣密度；U為來流風(fēng)速；B為橋面寬度；h和分別為豎向位移和豎向速度；K＝Bω/U為折算風(fēng)速；ω為豎彎振動圓頻率；為與斷面形狀、攻角和折算風(fēng)速K相關(guān)的顫振導(dǎo)數(shù)，i＝1,4；

自激升力由天平直接測得的升力減掉慣性力和靜氣動力獲得，由于在扭轉(zhuǎn)和側(cè)向沒有加速度，因此慣性力為0，相應(yīng)地，自激扭矩和阻力即由天平直接測得的扭矩和阻力時程減去靜氣動力獲得；

對于自激力M_Ti，F(xiàn)_Li，F(xiàn)_Di時程及豎向振動位移和速度時程，h_i，i＝1,2,...n，式(1)表示為：

MT=MT1MT2...MTnT=STA1*A4*---(2a)]]>

FL=FL1FL2...FLnT=SLH1*H4*---(2b)]]>

FD=FD1FD2...FDnT=SDP1*P2*---(2c)]]>

式中，S_T＝BS_L；

最后，用最小二乘法計算顫振導(dǎo)數(shù)為：

A1*A4*=(STTST)-1STTMT---(3a)]]>

H1*H4*=(SLTSL)-1SLTFL---(3b)]]>

P1*P4*=(SDTSD)-1SDTFD---(3c)]]>

單自由度側(cè)向振動條件下，產(chǎn)生的自激扭矩、升力和阻力分別表示為：

MT=ρU2B2(KA5*p·U+K2A6*pB)---(4a)]]>

FD=ρU2B(KP5*p·U+K2P6*pB)---(4b)]]>

FL=ρU2B(KH5*p·U+K2H6*pB)---(4c)]]>

式中，M_T,F_L,F_D分別為自激扭矩、自激升力和自激阻力；ρ為空氣密度；U為來流風(fēng)速；B為橋面寬度；p和分別為側(cè)向位移和豎向速度；K＝Bω/U為折算風(fēng)速；ω為側(cè)向振動圓頻率；為與斷面形狀、攻角和折算風(fēng)速K相關(guān)的顫振導(dǎo)數(shù)，i＝5,6；

自激升力由天平直接測得的升力減掉慣性力和靜氣動力獲得，由于在扭轉(zhuǎn)和側(cè)向沒有加速度，因此慣性力為0，相應(yīng)地，自激扭矩和阻力即由天平直接測得的扭矩和阻力時程減去靜氣動力獲得；

對于自激力M_Ti，F(xiàn)_Li，F(xiàn)_Di時程及豎向振動位移和速度時程，p_i，i＝1,2,...n，式(4)表示為：

MT=MT1MT2...MTnT=STA5*A6*---(5a)]]>

FL=FL1FL2...FLnT=SLH5*H6*---(5b)]]>

FD=FD1FD2...FDnT=SDP5*P6*---(5c)]]>

式中，S_T＝BS_L；

最后，用最小二乘法計算顫振導(dǎo)數(shù)為：

A5*A6*=(STTST)-1STTMT---(6a)]]>

H5*H6*=(SLTSL)-1SLTFL---(6b)]]>

P5*P6*=(SDTSD)-1SDTFD---(6c).]]>