作者：孙东科著 日期：2023-01-27 11:29:48
风致振动问题对于长跨桥来说至关重要。桥梁风工程经过几十年的发展，在对风振现象本身的研究，以及发展解析与试验相结合的方法解决颤振、抖振和涡振问题等方面均取得了长足的进步。在三维随机风场的测量与统计方面也已有了相当的积累。所有这些成果为三维抖振分析奠定了坚实的基础。直到jain等将多模态方法扩展到抖振和颤振分析之前，单振型抖振分析方法一直占据主导地位。尽管传统方法引进了正交三维振型以考虑振型间的气动与机械耦合，但在体系与形式上都不能与现代结构有限元模型构成匹配关系。孙东科所著的《长跨桥梁三维风振分析》基于传统气动理论，并结合有限元法提出了用于求解复杂结构颤振和抖振问题的理论模式体系。该模式体系具有传统模式体系所不具备的优点，特别是当其与随机振动虚拟激励法相结合，用于求解抖振响应时，克服了传统方法难以逾越的困难。
《长跨桥梁三维风振分析》首先将虚拟激励法引入风工程，求解一座大型起重机的抖振问题；并基于计算结果分析了该起重机的使用舒适性以及疲劳寿命。第二，针对长跨斜拉桥和悬索桥提出基于有限元模型的颤振与抖振分析理论模式体系。该体系在结构有限单元范围内考虑自激力和抖振力，即：结构的气动阻尼矩阵和气动刚度矩阵由各单元气动阻尼矩阵和刚度矩阵组装而成；结构的抖振力功率谱由各单元等效抖振力功率谱矩阵组装而成。结构各部分风力之间的相互作用、振型间的气动与机械耦合、结构性质的非连续性、气动中心与质心的偏差、非零攻角和非零偏向角等，都可以在这种体系下自动考虑。颤振分析中，通过引入参考折减频率来考虑风场的非均匀性。抖振分析中，虚拟激励法结合振型叠加法用来高效而又精确地求解结构的随机抖振响应。基于这种理论模式体系，桥梁抖振与颤振分析已成为常规有限元静力与动力分析的自然延伸。各分析过程取得了形式与体系上的统一。第三，本书将所提出的颤振与抖振分析方法用于香港青马悬索桥，深入研究了包括主板、主索，以及主塔在内的全桥三维抖振响应。抖振分析表明：自激力显著影响主板响应；多振型扭转与竖向响应远远超过单振型扭转与竖向响应；主板的抖振带动主索的抖振，而且主索的抖振也在一定程度上影响主板的横向抖振。颤振分析表明：青马悬索桥各振型间具有很强的耦合颤振倾向。第四，构造了统一风振分析理论框架，并提出两项用来提高抖振分析效率的计算方案。这些方案的有效性通过本书计算实践得以验证。
本书提出的方法已在计算机上实现，具体分析过程包括：(1)有效攻角分析；(2)对离散风力系数、气动导数试验数据的处理功能；(3)三维颤振分析；(4)三维抖振分析。
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