橋梁顫振特性及氣動穩(wěn)定性CFD數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著橋梁跨徑的不斷增大，結(jié)構(gòu)更趨于輕柔，對風(fēng)的作用更加敏感，風(fēng)致顫振穩(wěn)定性成為橋梁設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵問題。隨著物體繞流數(shù)值模擬的日漸成熟，基于CFD的數(shù)值方法逐漸成為風(fēng)工程研究的一種有效手段。本文借助數(shù)值模擬研究了橋梁顫振特性數(shù)值分析方法以及橋梁的氣動穩(wěn)定性控制措施的實施效果，主要內(nèi)容如下：
　　1)以Scanlan顫振理論為基礎(chǔ)，建立了基于Fluent動網(wǎng)格技術(shù)的混合網(wǎng)格優(yōu)化劃分方法，采用描述流體和結(jié)構(gòu)的任意拉格朗日——?dú)W拉坐標(biāo)

2、系，建立流體的連續(xù)性方程和N-S動量守恒控制方程，采用有限體積法對計算域進(jìn)行離散，采用帶旋修正的k-ε湍流模型對湍流進(jìn)行描述，選用PISO數(shù)值方法迭代，在橋梁斷面的二維流變計算域內(nèi)模擬出橋梁斷面繞流場，計算理想平板的顫振導(dǎo)數(shù)，并將計算結(jié)果與Theodorsen理論解及其它數(shù)值模擬解作比較，表明本數(shù)值方法具有很高的計算精度；
　　2)采用上述數(shù)值方法，通過對帶欄桿和不帶欄桿的兩種虎門大橋橋梁斷面進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了兩種模型的顫振自

3、激力，識別了模型的8個顫振導(dǎo)數(shù)，并計算了顫振臨界風(fēng)速。顫振導(dǎo)數(shù)的計算結(jié)果與節(jié)段模型強(qiáng)迫振動法、自由振動法風(fēng)洞試驗值有很好的一致性，表明所采用的耦合強(qiáng)迫振動數(shù)值仿真識別方法具有較高的識別精度，還發(fā)現(xiàn)斷面細(xì)部欄桿對顫振導(dǎo)數(shù)和臨界風(fēng)速的影響顯著；
　　3)針對虎門大橋，在斷面中分別加入水平邊穩(wěn)定板、豎向邊穩(wěn)定板以及中央穩(wěn)定板，形成三種添加氣動穩(wěn)定性措施的新斷面模型。對建立的三種新斷面計算域模型進(jìn)行顫振分析，進(jìn)而對三種新斷面模型對氣動穩(wěn)定