Page 209 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 马伟猛，等： 结构阻尼对 Π 型主梁断面竖向涡振响应的影响及响应峰值预测 809

表 2 气动阻尼比相反数的拟合函数识别结果 统机械阻尼比对应的主梁竖向涡振响应，在响应峰
Tab. 2 Identification results of the fitted function for the
值附近的各试验风速下，选取大、中、小三个试验 Sc
opposite number of the aerodynamic damping ratio
数对应的试验结果进行拟合，并用其他试验 Sc 数对
风攻角/(°) a b c
应的结果进行检验，结果如图 18 所示。可以看到，
+5 0.764 10.612 -0.082
在不同风攻角和试验风速下，用于检验的试验结果
+3 1.304 17.176 -0.008
均与拟合函数非常吻合，表明仅需大、中、小三个试
0 1.212 14.441 -0.041
验 Sc 数的结果便能有效预测 Π 型主梁断面竖向涡
-3 0.581 12.253 -0.044
-5 0.521 7.220 -0.149 振 振 幅 随 Sc 数 的 变 化 规 律 。 另 外 ，在 +3°风 攻 角
下，无量纲试验折减风速 U/（Bf h ）=0.929 对应的变
化曲线接近上包络线，表明不同 Sc 数下该风速对应
的涡振振幅均接近涡振响应峰值，该变化曲线可近
似表示主梁竖向涡振响应峰值随 Sc 数的变化规律。
同样，在 0°风攻角下，无量纲试验折减风速 U/（Bf h ）=
0.896 对应的变化曲线可近似表示主梁竖向涡振响
应峰值随 Sc 数的变化规律。

图 16 不同风攻角下竖向涡振振幅随 Sc 数的变化规律
Fig. 16 Variation of vertical VIV amplitudes with Sc numbers
at different wind attack angles

图 17 竖向涡振振幅随 Sc 数变化规律的试验验证
Fig. 17 Experimental verification of the variation of vertical
VIV amplituds with Sc numbers

涡振响应峰值随 Sc 数变化的试验结果，与文献［18］
中基于小比例节段模型所得的试验结果相接近，表
明雷诺数效应对本文所研究的 Π 型主梁断面竖向涡 图 18 竖向涡振响应峰值随 Sc 数变化规律的预测
振响应的影响不明显，与文献［23］中研究结论相符。 Fig. 18 Prediction of the variation of vertical VIV response
peak with Sc number
4. 2 竖向涡振响应峰值随 Sc 数变化的预测方法

综上可知，快速预测 Π 型主梁断面竖向涡振响
由第 4.1 节可知，在大振幅下，对数型函数符合
应峰值随 Sc 数变化规律的方法为：首先，利用风洞
Π 型主梁断面竖向涡振振幅随 Sc 数的变化规律，然
试验测出（涡振响应峰值附近）各风速下大、中、小三
而相比于指数型函数，对数型函数做拟合函数时通
常具有对初始值敏感、局部拟合不佳和外推能力不 个试验 Sc 数对应的主梁涡振振幅；接着，采用指数
足等缺点，对此采用指数型函数先拟合出试验 Sc 数 型函数拟合出各风速下试验 Sc 数与主梁竖向涡振
与主梁竖向涡振振幅的关系，再求其反函数（对数型 振幅的关系，并通过求反函数获得各风速下竖向涡
函数）便可获得 Π 型主梁断面竖向涡振振幅随 Sc 数 振振幅随 Sc 数的变化规律；最后，选取各风速对应
的变化规律。对于图 6 中+3°和 0°风攻角下不同系 的变化（规律）曲线的上包络线作为目标结果。