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摘要
通过定量描述各阶模态及其分布特性在颤振演化过程中的影响，研究了多阶模态耦合导致的桥梁颤振三维效应。首先，根据系统模态中固有模态间的激励-反馈机制推导出能够反应各阶模态参与贡献的系统阻尼和刚度解析解，建立了适用于三维颤振机理分析的模态驱动分析方法。其次，对桥梁整体系统阻尼沿着跨向进行泰勒展开，建立了跨向节段与气动性能间的定量关系，使得该方法能够量化各阶模态跨向分布特性的影响。然后，以主跨径为500m-1500m的悬索桥为例，系统地研究了模态的参与及其分布特性对颤振性能的影响。最后，通过比对二维和三维分析结果，揭示了三维效应的影响及其产生原因。研究结果表明：由于基础竖弯和扭转振型不可能完全相似，三维两模态结果必然大于二维分析结果；随着风速提升二阶正对称竖弯模态先提供负向阻尼后提供正向阻尼，其对颤振性能的影响取决于自身频率与系统颤振频率的比值；约70%的梁段贡献了绝大多数的气动阻尼。
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单位土木工程防灾国家重点实验室; 同济大学
