Page 202 - 《振动工程学报》2026年第3期

802 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

function requires only 3 test results to fit the relationship between the Sc number and vertical VIV amplitude at the same wind
speed， and its inverse function shows the variation of the vertical VIV amplitude with the Sc number. Taking the upper envelope
curve of the variation under test wind speeds （near the response peak）， the variation of the vertical VIV response peak of the Π-
shaped bridge deck with the Sc number can be obtained.
Keywords: vortex-induced vibration； response prediction； Π-shaped bridge deck；structural damping；vortex-induced force model；
sectional model of main girder
Π 型主梁断面也被称为 Π 型叠合梁断面，常被 梁涡振响应峰值随 Sc 数变化规律的方法，并检验了
归类为边主梁叠合梁断面，其具备钢纵梁和混凝土 该方法对矩形断面柱体和中央开槽箱梁的适用性，
桥面板协同受力、外形优美、重量轻、建造成本低等 但该方法需要较多试验工况才能提高预测精度。华
优点，是大跨度缆索承重桥梁中最常用的一种主梁 旭刚等 ［18］ 基于 1∶60 缩尺比主梁节段模型风洞试验
断面形式 ［1⁃2］ 。Π 型主梁断面属于典型钝体断面，容 研究了 Sc 数对 Π 型主梁断面竖向涡振响应的影响，
易在低风速下发生涡激共振，引起结构的疲劳损伤、 发现采用指数函数仅需少数试验工况便能有效预测
降低行车的安全和舒适性等问题 ［3⁃4］ 。 其变化规律，但仅详细验证了+3°风攻角下的预测
针对大跨度桥梁主梁的涡振问题，在工程中运 效果。
用最为广泛的两类控制措施分别为气动措施和机械 综合上述研究可知，以往关于结构阻尼或 Sc 数
措施。目前，许多学者已经基于风洞试验、理论分析 对 Π 型主梁断面竖向涡振响应的影响及响应峰值预
和数值模拟等方法探究出了大量优化 Π 型主梁断面 测方法的研究相对较少，所得结论也多是基于小比
涡振性能的气动措施 ［1⁃2，5⁃9］ 。这些气动措施虽然能 例节段模型风洞试验，无法排除雷诺数效应，且试验
够有效抑制 Π 型主梁断面的涡振响应，但抑制效果 风攻角工况较少，缺乏普适性。对此，本文针对典型
会受到主梁断面外形细节差异和结构阻尼水平的影 Π 型主梁断面，利用 1∶25 缩尺比主梁节段模型风洞
响。主梁断面外形的改变和结构阻尼的下降均可能 试验研究了主梁原始断面的竖向涡振性能及结构阻
导致气动措施失效，使得主梁涡振难以避免 ［10］ 。相 尼对其影响，检验了 3 种典型涡激力模型对主梁竖
较 而 言 ，采 用 调 谐 质 量 阻 尼 器 ［11］ 或 塔⁃梁 直 接 阻 尼 向涡振响应峰值随 Sc 数变化规律的预测能力，提出
器 ［12］ 等机械措施能够增加主梁的结构阻尼，在直接 了一种能够有效拟合同一风速下 Π 型主梁断面竖向
抑制主梁涡振响应的同时，也能保证气动措施的控 涡振振幅随 Sc 数变化规律的方法，并给出了快速预
制效果。因此，预先获得 Π 型主梁断面涡振响应随 测方法。
结构阻尼比或 Scruton（Sc）数的变化规律可为阻尼

器的参数设计提供参考，具有重要的工程价值。Sc 1 风洞试验概况
数为主梁结构的无量纲质量和阻尼比的乘积，它对
结构涡振响应的影响能够综合反映结构阻尼比和质 1. 1 试验模型及装置
量的影响 ［13］ 。
以典型 Π 型主梁断面为研究对象，设计加工了
目前，已有一些学者研究了 Sc 数对桥梁主梁涡
1∶25 主梁节段模型，其标准断面如图 1 所示。其中，
振性能的影响。LARSEN ［14］ 通过节段模型风洞试
模型宽度 B=1.52 m，高度 D=0.11 m，宽高比 B/D=
验分别研究了均匀流和紊流条件下钝体箱梁断面的
13.8，模型顶部两侧对称设置两道检修道栏杆和两
竖向涡振振幅随 Sc 数的变化规律，并提出了与这些
道边防撞栏杆，中间设置中央防撞栏杆和中央稳定
变化规律具有较好适应性的广义范德波尔振子涡激
板，底部对称设置两道检修车轨道，横隔板沿顺桥向
力模型。段青松等 ［15］ 基于风洞试验对比研究了半开
等间隔布置。
口和分离边箱开口断面的主梁竖向涡振性能，发现
两种断面的竖向涡振响应峰值均随 Sc 数的增大而
线性减小，且这种变化规律受风攻角的影响较小。
MARRA 等 ［16］ 基于风洞试验研究了不同 Sc 数下具
有 4∶1 宽高比的矩形断面节段模型的竖向涡振响
图 1 主梁标准断面图（单位：m）
应，发现考虑气动参数随 Sc 数变化规律的 Scanlan
Fig. 1 Standard cross⁃section of the main girder （Unit： m）
非线性经验涡激力模型能够有效预测矩形断面的竖
向涡振响应峰值的变化规律。ZHANG 等 ［17］ 对基于 图 2 为主梁节段模型弹簧悬挂系统，其中模型
气动描述函数的涡激力模型进行简化推导，提出采 骨架采用（端部）钢板和方形钢制芯梁拼装焊接而
用不同试验风速下气动描述函数的包络线来预测主 成，具备足够的竖向和扭转刚度；模型外衣采用木板