[发明专利]用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法

权利要求书

1.用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、确定大跨度桥梁的主梁无风嘴断面、主梁安装风嘴断面；

步骤S20、分别对主梁无风嘴断面、主梁安装风嘴断面进行节段模型风洞试验并识别气动参数；

步骤S30、确定任意布置长度下桥梁的涡振幅值，通过遍历计算各布置长度下的涡振响应，得到风嘴布置长度0～100％的涡振响应；

步骤S40、根据涡振幅值确定大桥的抑振效果；

步骤S50、最后根据抑振效果确定最优布置长度。

2.根据权利要求1所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S20中使用刚性节段模型模拟主梁气动特性，使用弹性悬挂机构模拟结构动力特性，在所研究的风速区间进行试验并使用激光位移计测量模型响应，通过试验识别桥梁断面的涡激力气动参数。

3.根据权利要求2所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S20中通过衰减-共振法或增长-共振法或自由衰减法试验识别其气动参数。

4.根据权利要求1所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S30的具体过程为：

步骤S31、通过下式计算得到任意布置长度下桥梁的涡振幅值；

M＝[φ]^T[m][φ]

式中：M为主梁的广义质量；[φ]为振型向量，[m]为主梁质量阵；ξ(t)为广义坐标，D为特征长度；ω为振动频率；ζ_m为结构阻尼比；ρ为空气密度；U为来流风速；l为单元长度；为无量纲幅值；K为折算频率；为气动参数乘积，是折算频率K与无量纲幅值的函数；

步骤S32、对原始截面模型与安装风嘴截面模型分别进行节段模型风洞试验并识别气动参数H₁，得到两种截面在各风速下的气动参数H₁无量纲振幅曲线；

步骤S33、设定风嘴布置长度不变，在某风速下，选取一无量纲幅值并与该风速下的气动参数H₁无量纲振幅曲线一起进行迭代计算；当等式两侧不等时，选取下一无量纲幅值重复计算，直至等式两侧相等，此时对应的无量纲幅值即为该风速下的跨中无量纲涡振幅值；根据广义坐标定义，按振型得到跨向其余位置处的涡振响应；更改风速并重复此步骤，计算所研究风速区间内所有风速点，得到任意风嘴布置长度下的桥梁涡振响应；

步骤S34、改变风嘴布置长度，重复步骤步骤S33，最终得到风嘴布置长度0～100％的大桥涡振响应。

5.根据权利要求4所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S33中无量纲幅值与气动参数H₁无量纲振幅曲线一起带入下式进行迭代计算；

式中：M为主梁的广义质量；D为特征长度；ω为振动频率；ζ_m为结构阻尼比；ρ为空气密度；U为来流风速；l为单元长度；为无量纲幅值；K为折算频率。

6.根据权利要求1所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S40中的计算公式为：

式中：E为抑振效果；A^*为主梁无量纲振幅。

7.根据权利要求1所述的用于抑制大跨度桥梁涡振的风嘴纵向最优设计长度计算方法，其特征在于，所述步骤S50的具体过程为：根据抑振效果绘制各涡振区间风嘴布置长度-风嘴抑振效果曲线；再在各涡振区间风嘴布置长度-风嘴抑振效果曲线中确定出各涡振区间均达到最大抑振效果对应的风嘴布置长度为最优布置长度。