Page 177 - 《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 1817

同样存在一峰值，其能量量级远小于上表面。此外， （3）通过构建断面表面脉动压力时空功率谱可
其无量纲波长远大于主梁宽度，表明该区域气动力 直观量化与解构对应不同激励机制的气动行波成
与主梁运动之间存在几乎恒定的相位差，称为涡激 分。原始断面与导流板断面上表面主导气动行波作
气动力的迟滞力成分 ［17］ 。该成分具有自激性质，可 用强度远大于下表面。增设导流板后上表面主导气
分解为与位移同相的气动刚度项、与速度同相的气 动行波传播模式基本不变，作用强度减小，故涡振幅
动阻尼项。上表面气动行波作用强度远大于下表 值减小。抑流板使得上表面能量分布呈宽带分布特
面，表明原始断面与导流板断面涡振主要由上表面 征，锁频现象消失，故而不发生涡振。
气动行波主导。对于抑流板断面，其上、下表面时空 研究归纳了涡振时断面表面复杂压力场中关键
功率谱峰值能量远远小于原始断面与导流板断面， 和主导气动力时空演变模式——气动行波，为桥梁
且分布较为杂乱，同时其对应振动频率峰值较小，结 主梁断面涡振机理分析和涡激力数理模型构建提供
合 3.2 节可知，增设抑流板抑制了断面上、下表面对 了思路。然而，上述气动行波模式对应流场物理机
应断面振动频率的气动行波，气动力能量呈宽带分 制尚不明确，未来将深入研究上述气动力时空分布
布，不存在含能高的主导气动行波。 模式内在流场微观机制，并将进一步推广至分体箱
综上所述，原始断面与导流板断面上表面相位 梁等主梁涡振及颤振机理研究。
差沿来流方向单调递减，呈线性变化，表征存在气动
行波沿来流方向传播。采用 SPOD 方法剖析断面表 参考文献:
面压力时空分布，上表面气动力时空分布模式占主
导地位，原始断面与导流板断面涡振均由断面振动
［1］ 刘汉云， 陈柏翔， 韩艳， 等 . 基于 WOA-GRNN 代理模
基频处 1 阶 SPOD 模态对应气动力成分主导，该气
型的 Π 形截面梁风嘴气动外形优化［J］. 中国公路学
动力成分沿下游呈现行波式演变，即为主导气动行 报， 2023， 36（8）： 76-86.
波。其频率对应断面振动基频，波长与贡献值空间 LIU Hanyun， CHEN Baixiang， HAN Yan， et al. Aero‑
分布波长基本相等，约等于前、后缘防撞栏杆之间距 dynamic shape optimization of Π-shaped composite
离。抑流板断面上、下表面不存在上述主导气动行 bridge deck with wind fairing based on WOA-GRNN
波效应。通过构建断面表面脉动压力时空功率谱可 surrogate model［J］. China Journal of Highway and
Transport， 2023， 36（8）： 76-86.
直观量化与解构对应不同激励机制的气动行波成
［2］ ZHAN J， XIN D B， OU J P， et al. Experimental study
分，原始断面与增设气动措施断面上表面气动力行
on suppressing vortex-induced vibration of a long-span
波作用强度均远大于下表面。增设导流板后上表面
bridge by installing the wavy railings［J］. Journal of
主导气动行波传播模式基本不变，作用强度减小，故 Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2020，
涡振幅值减小。抑流板由于使得上表面能量分布呈 202： 104205.
宽带分布特征，锁频现象消失，故而不发生涡振。 ［3］ ZHOU R， LU P， GAO X D， et al. Role of moveable
guide vane with various configurations in controlling the
5 结 论 vortex-induced vibration of twin-box girder suspension
bridges： an experimental investigation［J］. Engineering
Structures， 2023， 281： 115762.
本文针对典型闭口箱梁主梁断面，进行了大尺 ［4］ MACDONALD J H G， IRWIN P A， FLETCHER M S.
度节段模型测振测压风洞试验，选取原始断面、增设 Vortex-induced vibrations of the second severn crossing
导流板断面以及增设抑流板断面典型风速下工况， cable-stayed bridge：full-scale and wind tunnel measure‑
结合气动力时频特性与 SPOD 方法，研究了断面表 ments［J］. Structures and Buildings， 2002， 152（2）：
面气动行波效应，进一步提出气动力时空功率谱对 123-134.
［5］ LI H， LAIMA S J， OU J P， et al. Investigation of vor‑
其进行验证。主要结论如下：
tex-induced vibration of a suspension bridge with two
（1）原始断面在试验风速内存在 3 阶竖向涡振
separated steel box girders based on field measurements
锁定区间，增设检修轨道导流板后 3 阶涡振振幅减 ［J］. Engineering Structures， 2011， 33（6）： 1894-1907.
小 53.1%，增设人行道栏杆抑流板后涡振消失。原 ［6］ WANG Z L， ZHAO L， CHEN H L， et al. Flutter con‑
始断面与导流板断面上表面分布气动力与涡激力相 trol of active aerodynamic flaps mounted on streamlined
位差单调递减，可表征存在对应振动频率处的气动 bridge deck fairing edges： an experimental study［J］.
行波传播。 Structural Control and Health Monitoring， 2023（1）：
9970603.
（2）原始断面与导流板断面涡振由断面振动基
［7］ ZHAO L， CUI W， SHEN X M， et al. A fast on-site
频处 1 阶 SPOD 模态对应压力时空分布主导，沿下
measure-analyze-suppress response to control vortex-in‑
游呈现行波式演变，称为主导气动行波。其频率为
duced-vibration of a long-span bridge［J］. Structures，
断面振动频率，波长与贡献值空间分布基本一致，约 2022， 35： 192-201.
等于前、后缘防撞栏杆之间距离。 ［8］ 李春光， 张记， 樊永波， 等 . 宽幅流线型钢箱梁涡振性