随着超高层建筑高度的大幅增加，其在强风作用下发生涡激共振的危险性越来越大。然而结构风工程界对各种体型超高层建筑涡激共振的激发机制及其发生的危险性和发生后的危害性的研究还不够完善。本项目针对600m以上的超高层建筑，通过气弹模型风洞试验系统地研究了典型超高层建筑涡激共振锁定的激发机制、发生概率和响应水平，取得了一系列重要成果。主要包括：1.分析了超高层建筑单自由度和多自由度气弹模型涡振响应和气弹参数的差异，指出了差异的根本原因，提出了多自由度气弹模型改进设计方法；2.通过多自由度气弹模型风洞试验直接测得和气动刚度对应的频率改变量，分析了超高层建筑横风向气动刚度随结构运动变化的规律与特点，揭示了体系振动频率与涡脱频率在涡激共振锁定风速范围内相互俘获的现象；3.通过分析多因素对气动阻尼及其产生的气弹效应的影响，构建了气动阻尼与结构阻尼、高宽比、斯科拉顿数等参数的关系，进而建立了具有普适性的考虑多因素的超高建筑横风向气动阻尼比经验评估公式；4.从频率改变量和流固相位关系的角度，给出了涡激共振响应时程不稳定的根本原因，解释了长期以来风工程界早就觉察但一直无法解释的现象，在此基础上，提出了共振发生概率评估模型，划分了共振和非共振的界限；5.针对涡激共振响应的波动性和体系频率的漂移现象，在改进的范德波尔模型的基础上，建立了考虑气动刚度和峰值参数的涡激共振响应评估模型，该模型可用于评估各种地貌中不同高宽比、不同斯科拉顿数的超高层建筑涡激共振响应水平；6. 通过一系列气动外形优化的气弹模型风洞试验，分析了典型气动外形的改变对涡振响应的影响，结合一拟建的838m高实际超高层建筑风洞试验结果，提出了超高层建筑抗涡激共振体型选取方法。本项目的成果为超高建筑结构抗风设计理论与方法的完善提供了依据,为保障600米以上超高层建筑的抗风安全性与可靠性提供了技术支撑。 2100433B

随着超高层建筑高度的大幅增加，其低频、轻质、小阻尼的结构特性越来越突出，因而在强风作用下发生涡激共振的危险性越来越大。由于超高结构的涡激共振是一种大幅度、高强度的简谐振动，在抗风设计时必须考虑其发生的可能性和发生后的危险性。但目前结构风工程界对各种体型的超高层建筑发生涡激共振的危险性和危害性还认识不足，相关的研究不够全面、深入。本申请项目旨在通过风洞试验、数值模拟和理论分析系统地研究典型超高层建筑在各种风场中和各种风向角下涡激共振锁定的激发机制和发生概率，研究其共振锁定发生后的响应，包括响应水平、持时及危害性。同时研究超高层建筑体型及刚心、质心的偏心对涡激共振锁定的发生和响应幅值的影响，并进一步研究局部气动措施对涡激共振锁定的发生和响应幅值的控制效果。该项研究将为超高层建筑涡激动力灾变的危险性评估奠定理论与实验基础并提供实用分析方法。

假若构件的自振频率与漩涡的发放频率相接近就会使结构发生共振破坏，这种现象容易发生在高耸结构物上，因此这种涡激振动是极其有害的，需采取措施阻止它的发生。一般可采取两方面措施：一是对于构件进行刚性加固，或者增大尺度提高其刚度，改变构件的自振频率，避免它与漩涡发放频率相接近；二是想办法改变构件后的尾流场，破坏尾流场漩涡的规律性泄放，如在结构上安装螺旋线立板和改变结构截面形状等。

前言

第1章绪论

1．1桥梁的风致振动

1．1．1颤振

1．1．2抖振

1．1．3驰振

1．1．4涡激共振

1．2桥梁涡激共振的基本理论

1．3桥梁涡激共振的研究现状

1．3．1气动外形

1．3．2来流攻角

1．3．3雷诺数

1．3．4紊流强度

1．4本书的研究意义及主要工作

1．4．1研究意义

1．4．2主要工作

1．5本书的技术路线及主要创新点

i．5．1技术路线

1．5．2主要创新点

第2章试验研究

2．1风洞试验

2．1．i风洞试验内容

2．1．2风洞试验中的相似准则

2．2试验目的

2．2．1涡激共振的攻角效应

2．2．2涡激共振的雷诺数效应

2．2．3涡激共振的跨向相关

2．2．4涡激共振的风场效应

2．3试验模型

2．3．1试验模型一

2．3．2试验模型二

2．4试验内容

2．4．1试验工况

2．4．2试验内容

2．5本章小结

第3章 涡激共振的攻角效应

3．1概述

3．2振幅与风速关系

3．3扭矩时程

3．4扭矩相关系数

3．5表面压力分布

3．5．1边界层与边界层分离

3．5．2表面压力分布特性

3．6频谱

3．6．1振动频谱

3．6．2压力功率谱

3．7斯脱罗哈数

3．8本章小结

第4章 涡激共振的雷诺数效应

4．1概述

4．2雷诺数效应的定义

4．3扭转涡激共振的雷诺数效应

4．3．1振幅与风速关系

4．3．2振动频谱

4．3。3扭矩时程

4．3．4点扭矩与总扭矩的相关性

4．3．5测点脉动压力功率谱

4．3．6表面眶力分布

4．4竖弯涡激共振的雷诺数效应

4．4．1振幅与风速关系

4．4．2振动频谱

4．4．3升力时程

4．4．4点升力与总升力的相关性

4．4．5测点脉动压力功率谱

4．4．6表面压力分布

4．5本章小结

……

第5章涡激共振的跨向相关

第6章涡激共振的风场效应

第7章结论与展望

参考文献

本项目主要针对桥梁结构有关的风致涡激共振响应及涡激力特性进行了研究，属于土木工程领域的应用基础研究。研究过程综合应用了节段模型自由振动试验、强迫振动试验、气动弹性模型风洞试验等试验技术和CFD数值模拟手段，取得了如下主要成果： （1）通过节段模型自由振动风洞试验研究了矩形断面、H型断面、边主梁断面等多种桥梁构件截面的涡激振动性能，研究了气动外形、雷诺数、Scruton数、频率比等参数对涡激振动特性的影响，并选取矩形断面进行了节段模型强迫振动和气动弹性模型试验研究，比较了不同试验方式对应的涡激振动响应特性的差异。 （2）选择了矩形和边主梁截面的四种典型断面进行了CFD分析，从微观上研究了气流经过断面之后的旋涡脱落特性，并通过模型在静止状态、自由振动状态和强迫振动状态的试验结果对比研究了涡激振动产生的涡脱力、包含自激力的涡激力、运动位移的频率特性以及力和位移之间的相位关系。 （3）研究了尾流振子模型和经验模型两类涡激力模型，通过实例1/6矩形断面的试验数据考察了常用的Scanlan非线性经验涡激力模型，发现识别参数对模型系统的依赖性很强，很难把识别结果推广应用； （4）通过拉条模型研究了涡激振动的相关性，发现涡激共振发生后涡激力沿跨向的相关性显著增强，并提出了多点支撑弹性连续梁模型进行涡激振动特性的研究； （5）基于Tamura涡激力模型提出了桥梁矩形构件的三维涡振响应分析方法并与试验结果进行了对比，验证了其可行性； （6）通过实例对比研究了5种主要的涡激力模型对应的涡激共振幅值估算方法，发现对于简单的桥梁构件Ruscheweyh估算方法的精度最高，但是用于估算桥梁结构的涡振响应偏差很大； （7）基于26组试验数据拟合得到了宽高比0.5 2100433B