结构动力响应.ppt

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1、同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系桥梁及结构风振理论及其控制桥梁及结构风振理论及其控制来自来自之第四讲主讲教师：葛耀君 博士教授结构气动响应 2、静力作用与响应 1、结构风效应同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室 3、动力响应 4、结构动力特性 5、气动力模型同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室结构风效应 1.结构风效应刚度较大静力作用刚度

2、较小动力作用平均风(低频部分)脉动风(高频部分)振动较小强迫力振动较大自激力抖振(buffeting)涡振(vortex shedding)颤振(flutter)弛振(galloping)同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室顺风向力(along-wind force)阻力(drag force)2.静力作用与响应u 2.1静风作用横风向力(cross-wind force)升力(lift force)扭转力矩(torsional moment)升力矩(pitching moment)u 2.2静

3、风响应位移(2个线位移+1个角位移)结构(2个水平+1个竖扭转)桥梁(水平+竖向+扭转)风压(表面局部位置垂直于表面)结构为主桥梁较少反力(2个力+3个矩)桥梁主梁、塔底结构基底稳定(静风稳定性)桥梁扭转或侧向发散同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室buffetingVortex sheddingFlutter or galloping抖振涡振颤振或弛振 3.动力响应AAAVVVtttAAA同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济

4、大学土木工程防灾国家重点实验室 4.结构动力特性u4.1 自振频率(Eigen or Natural Frequency)法国Normandie Bridge(L=856 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1 自振频率(续)日本Tartara Bridge(L=890 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)香港Stone cu

5、tters Bridge(L=1018 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)中国苏通大桥(L=1088 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)丹麦Great Belt Bridge(L=1624 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点

6、实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)日本Akashi Kaikyo Bridge(L=1991 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)意大利Messina Strait Bridge(L=3300 m)侧弯：竖弯：扭转：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u4.1自振频率(续)中国悬索桥方案(L=5,000 m)侧弯：竖弯：扭转：

7、同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u 4.2 结构阻尼(Structural damping)u 4.3单自由度系统(SDOF)同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u 4.4 多自由度系统 同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室 5.空气力模型u5.1 静力量(Static Component)升力

8、系数，是的函数，取值与B有关 阻力系数，是的函数，取值与B有关 升力矩系数，是的函数，取值与B有关同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u 5.1 静力量(续)断面1断面2三分力系数1三分力系数2同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(1)准定常假定(Quasi-steady aerodynamics)u 5.2 自激力分量(Self-Excited Component)任意时刻气动力仅仅与该时刻结构

9、的相应位置有关。同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(1)准定常假定(续)同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(2)非定常假设(Unsteady aerodynamics)u 5.2 自激力分量(续)同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(2)非定常假设(续)同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学

10、土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(1)定常假定：u 5.3 强迫力分量(Buffeting force)(2)准定常假定：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室(3)频域表达式u 5.3强迫力分量(续)气动导纳同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室u 5.4分量总和主要问题:1.每项分量的定义是否合适?2.分量之间是否存在耦合项?3.三分力系数、气动导数、气动导纳识别?4.特征紊流的气动力模型?5.是否还有其它分量存在?下周同一时间再见!同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室