因長跨徑的橋樑具有較大的柔度，所以其受風力而引發的不穩定現象的機率也大增，首重於橋樑的受風反應現象。施工中橋樑相較於施工完成的橋樑有更多不穩定的因素，進而產生了解未完成施工橋樑受風反應的想法。研究橋樑受風反應的方法主要藉由風洞試驗，風洞試驗分為斷面模型試驗和全橋模型試驗，利用模擬風場的特性來測量橋樑縮尺後的反應，再經由轉換來預測真實橋樑受風後的結構反應。
    本文的研究方法主要為藉由斷面模型試驗，試驗內容為顫振導數測量、風力係數測量、抖振相似性反應測量，運用試驗結果得到的氣動力參數來建立數值模型，為了求證試驗結果的合理性以及正確性，分別用全橋模型試驗和數值模擬來做為比較以及驗證的依據。
    研究結果得知，研究對象的橋樑產生顫振破壞的臨界風速實驗值和數值模擬的臨界風速相當吻合，可得知此橋樑應當是相當安全並且不會發生顫振破壞的行為。抖振相似性反應方面，紊流場8%的斷面模型試驗和全橋模型試驗的比較，在台北市50年回歸期設計風速下，發現到垂直反應約差了30%，而在扭轉向方面則是相當一致的。

Since long-span bridges have greater flexibilities, they are more susceptible to wind excitation. In general, the aerodynamic instability problems for the bridges in constructed stage need more attention than in completed stage. For this reason, the main objective of this thesis is to investigate the aerodynamic behavior of a bridge under construction through section model tests. The wind tunnel tests include the measurements of the static wind force coefficients and the flutter derivatives in smooth flow and buffeting responses in turbulent flow.

The critical flutter wind speed and the buffeting responses measured from the tests are compared with those measured from the full bridge model test which was conducted earlier. Also, a numerical model in conjunction with flutter derivatives and wind force coefficients, measured in the tests, is performed. The numerical results are also compared with the experimental results. The comparison show that the flutter wind speeds respectively obtained from section model test and calculated based on the flutter derivatives are in good agreement. For the buffeting responses at the design wind speed, the results obtained from section model tests, full bridge model tests and numerical analysis agree well to some extent. The discrepancies are in the range of 5-30%.

目錄
第一章 緒論	1
1.1 前言	1
1.2 研究動機與目的	1
1.3 研究內容	2
1.4 論文架構	3
第二章 文獻回顧	5
2.1 前言	5
2.2 橋樑風效應	5
2.2.1 扭轉不穩定(Torsional instability)	6
2.2.2 渦流振動(Vortex shedding)	6
2.2.3 風馳效應(Galloping)	7
2.2.4 顫振(Flutter)	8
2.2.5 抖振(Buffeting)	9
2.2.6 風力係數	10
2.2.7 顫振導數(Flutter derivative)	11
2.3 橋樑斷面形狀	12
2.3.1 流線型與非流線型	12
2.3.2 斷面寬深比	12
2.3.3 斷面加設物	13
2.3.4 整流片(fairing)	14
2.3.5結語	15
第三章 數值分析	16
3.1 前言	16
3.1.1 斷面性質	16
3.1.2 結構特性模擬	17
3.1.3 數值結構之基本振態分析	17
3.2 顫振與抖振效應之數值分析模式	17
3.2.1 顫振力	17
3.2.2 抖振力	19
3.2.3 橋樑運動方程式	20
3.2.4 橋樑顫振臨界風速分析方法	22
3.2.5 抖振效應之分析	26
第四章 斷面模型模擬原則	36
4.1斷面模型探討	36
4.1.1 斷面模型簡介	36
4.1.2 斷面模型之應用	36
4.1.3 斷面模型之氣彈力相似性	36
4.2相似性轉換	40
4.2.1相似性轉換公式推導	41
4.2.2相似性轉換實例分析	46
第五章 流場與模型介紹與實驗流程	47
5.1  流場介紹	47
5.1.1 均勻紊流場	47
5.1.2 風洞實驗之流場特性	48
5.2 斷面模型之製作過程	49
5.2.1 斷面模型之縮尺	49
5.2.2 斷面模型之製作	49
5.2.3 斷面模型之自然頻率及阻尼比之率定	51
5.2.4 斷面模型轉動慣量之求得	51
5.3 實驗儀器介紹	52
5.3.1 風速量測(Measuring Wind Velocity)	52
5.3.2 模型位移反應量測	54
5.3.3 風壓力量量測	55
5.4 模型之數據採樣與分析	55
5.4.1 數據採樣	55
5.4.2 數據分析	56
5.5 實驗流程	57
第六章 實驗結果與討論	58
6.1 前言	58
6.2 模型A顫振導數實驗結果	58
6.3 模型B風力係數實驗結果	59
6.3.1風力系數實驗結果比較	61
6.4抖振相似性實驗	61
6.4.1全橋模型抖振相似性實驗	61
6.4.2斷面模型抖振相似性實驗	62
6.4.3抖振相似性實驗結果比較	63
6.5相似性轉換結果與數值模型抖振分析結果比較	63
6.6臨界風速測量與數值分析	65
第七章 結論與建議	66
7.1 結論	66
7.2 建議	67
參考文獻	68

 
圖目錄
圖1.1社子橋外觀以及橋塔幾何形狀圖	72
圖2.1斷面模型受風下的自由度表示	73
圖2.2橋樑扭轉不穩定示意圖	74
圖2.3風力系數方向定義	74
圖2.4各類型斷面之顫振導數	75
圖3.1社子橋數值橋樑示意圖	76
圖3.2數值分析模擬橋樑	76
圖4.1(1)第一垂直振態	77
圖4.1(2)第一扭轉振態	77
圖5.1網格22cm柵板	78
圖5.2社子橋橋鋼構造原型斷面圖	78
圖5.3 Model A斷面尺寸圖	79
圖5.4 Model B尺寸圖	79
圖5.5(1)社子橋樑欄杆示意圖	80
圖5.5(2)社子橋樑欄杆示意圖	80
圖5.6(1) Model B架設完成圖	81
圖5.6(2) Model B架設完成圖	81
圖5.7 儀器的配置流程圖	82
圖5.8模型的架構圖	83
圖5.9模型架設完成圖	84
圖5.10風力係數實驗架構圖	84
圖5.11抖振實驗砝碼加重示意圖	85
圖5.12實驗數值分析流程圖	86
圖6.1淡江大學風洞尺寸圖	87
圖6.2 顫振導數實驗結果圖	88
圖6.3 顫振導數實驗結果圖	88
圖6.4 顫振導數實驗結果圖	89
圖6.5 顫振導數實驗結果圖	89
圖6.6 顫振導數實驗結果圖	90
圖6.7 顫振導數實驗結果圖	90
圖6.8風力系數Cd實驗結果圖	91
圖6.9風力系數Cl實驗結果圖	91
圖6.10風力系數Cm實驗結果圖	92
圖6.11(1)全橋實驗扭轉反應	92
圖6.11(2)全橋實驗垂直反應	93
圖6.12經由相似性轉換之全橋實場扭轉反應	93
圖6.13經由相似性轉換之全橋實場垂直反應	94
圖6.14經由相似性轉換之斷面扭轉反應(紊流8%)	94
圖6.15經由相似性轉換之斷面實場扭轉反應(紊流8%)	95
圖6.16斷面垂直反應(紊流8%)	95
圖6.17經由相似性轉換之斷面實場垂直反應(紊流8%)	96
圖6.18(1) 經由相似性轉換之實場垂直反應綜合圖	96
圖6.18(2) 經由相似性轉換之實場扭轉反應綜合圖	97
圖6.19(1) 經由相似性轉換之實驗和數值垂直比較圖	97
圖6.19(2) 經由相似性轉換之實驗和數值扭轉比較圖	98
圖6.20臨界風速測量反應圖	98


 

表目錄
表 2.1 顫振導數代表之物理意義	99
表 3.1社子橋橋樑主樑斷面性質	100
表 3.2社子橋橋塔斷面性質	101
表 3.3社子橋橋樑鋼纜斷面性質	102
表 3.4社子橋橋樑數值模型之前五振態	102
表 5.1實驗之模擬縮尺參數一覽表	103
表 5.2 Model A與社子橋橋樑結構性質之比較	104
表 6.1 模型B和京都大學風力系數實驗比較表	105
表 6.2 不同地況粗糙長度跟紊流關係表	105
表 6.3 台北市50年回歸期設計風速實驗和數值抖振反應表	106

參考文獻
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