Page 171 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 胡传新，等： 典型箱梁竖向涡激气动力行波效应与抑振机理 1811

SPOD 方法在数据时空关键特征提取上的优势，深
入研究涡振时断面表面压力时空演变模式及施加气 1 涡振响应与抑振效果
动措施前后上述模式变化，揭示主梁断面涡振与气
动措施抑振机理。 以典型流线型箱梁断面为研究对象，进行了 1∶
针对典型流线型箱梁断面，通过主梁节段模型 20 主 梁 节 段 模 型 试 验 ，模 型 长 L 为 3.6 m，宽 B 为
试验，对比研究了原始断面增设导流板与抑流板前 1.9 m，高 D 为 0.178 m。 竖 向 频 率 f v 为 3.32 Hz，扭
后的涡振响应变化。基于表面压力时空分布特征及 转 频 率 f t 为 8.54 Hz，竖 向 和 扭 转 阻 尼 比 均 为
其 统 计 特 性 ，提 出 了 气 动 行 波 假 设 。 进 一 步 基 于 0.35%。分别完成无气动措施（以下称原始断面）、
SPOD 方法验证气动行波假设，并对比增设气动措 设置检修轨道导流板与设置人行道栏杆抑流板节段
施前后断面表面主导涡激气动力时空演变。在此基 模型试验，主梁断面尺寸及测压点布置如图 1 所示，
础上提出气动力时空功率谱，进一步量化与解构增 图中 α 为初始来流攻角。气动措施位置及细部尺寸
设气动措施前后时空压力场的气动力时空演变模式 如图 2 所示。试验在同济大学 TJ‑3 边界层风洞中进
变化，揭示典型流线型箱梁断面涡振机理及气动措 行，采样频率为 100 Hz，采样时间为 60 s，风洞试验
施抑振机理。 参数详见文献［23］。

图 1 主梁断面尺寸及测压点布置（单位：mm）
Fig. 1 Dimensions of main beam section and arrangement of pressure-measuring points （Unit： mm）

图 3 原始断面与增设气动措施断面竖向涡振响应对比
Fig. 3 Comparison of vertical VIV responses of original
图 2 气动措施位置及细部尺寸（单位：mm）
section and improved section with aerodynamic
Fig. 2 Locations and detail dimensions of aerodynamic
measures
measures （Unit： mm）
理 ，本 文 选 取 折 减 风 速 为 1.91（对 应 试 验 风 速 为
图 3 给出了原始断面与增设气动措施断面在初
12 m/s）作为典型工况进行分析。
始来流攻角 α 为+3°时的竖向涡振响应 ［17］ 。图 3 中，
U 为来流风速， A 为涡振振幅。可见在折减风速 0~
2 气动行波效应
2.07 范围内，原始断面与导流板断面存在 3 阶涡振
锁定区，第 3 阶锁定区振幅最大。原始断面在增设
2. 1 气动行波假设
导流板后，1 阶和 2 阶涡振锁定区最大振幅分别减少
了 23.6% 和 19.0%，3 阶涡振锁定区最大振幅减少 断面发生竖向涡振时，断面表面测点 i 分布气
了 53.1%，可知增设导流板对原始断面 3 阶锁定区 动力可表示如下：
涡振抑制效果较好。在栏杆扶手上增设抑流板后， F i ( t )=-p i ( t ) δ i sin ( θ i ) （1）
涡振现象消失。为研究导流板与抑流板的抑振机 式中， p i ( t )表示表面测点 i 脉动压力； δ i 表示测点流