涡激振动

涡激振动

涡激振动(Vortex-Induced Vibration,VIV)是低风速下大跨度桥梁因流体旋涡交替脱落引发的风致振动现象,是一种带有自激性质的风致限幅振动,属于物理学科领域 。

其成因与卡门涡街效应相关,当旋涡脱落频率与结构自振频率接近时产生共振,具有限幅特性 。该现象可通过斯特劳哈尔数计算,防治手段包括优化截面形态、设置阻尼装置等 。近来研究揭示了圆柱结构在卡门涡街流动下,除典型涡激振动外,还可表现出尾流驰振和尾流俘振两种独特的流固耦合动力学行为 。抑制振动的方法还包括在结构外壁设置螺旋扰流条、安装临时阻尼器等 。

1940年塔科马海峡大桥倒塌事件推动桥梁风致振动研究,该案例实际为颤振破坏但促进了涡激振动研究 。2020年,中国虎门大桥、西堠门大桥等多座千米级悬索桥相继发生涡振事件。2023年,中国“大跨公路桥梁涡激共振防控关键技术及装备”国家重点研发计划正式立项 。此外,基于涡激振动原理的无叶片风力发电机等新技术也在发展中 。中国《公路桥梁抗风设计规范》允许小幅度涡振存在,要求通过健康监测系统保障结构安全 。2023年,国家能源局发布了《风力发电机组 塔架涡激振动计算与减振技术规范》 。

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