橋梁風效應數值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著計算流體力學理論的完善和計算機技術的發(fā)展，基于計算流體動力學(CFD)的數值方法迅速成熟，雖然還不能代替風洞試驗，但相比于傳統的抗風研究方法有其獨特的優(yōu)勢，由于該方法設計周期短、試驗費用低、承擔風險小，流動可視化易于實現等，已經成為研究橋梁風效應問題的一種有效手段。本文即借助計算流體動力學方法對橋梁風效應進行研究。
　　(1)以澧水大橋為工程背景，應用SSTk-ω湍流模型，數值模擬不同攻角下主梁斷面的三分力系數，提取計

2、算結果與試驗值進行對比，給出了主梁斷面周圍流場的壓強與速度分布圖并進行分析，進一步驗證了CFD能夠較為精確的數值模擬主梁斷面的三分力系數及具有顯示流體流動方面的優(yōu)越性。
　　(2)采用計算流體力學軟件FLUENT中的雷諾平均方法(RANS)的SSTk-ω湍流模型求解不可壓粘性流體納維斯托克斯(N-S)方程。將二維矩形柱體簡化為質量-彈簧-阻尼系統。網格建立過程中運用“剛性運動區(qū)域+動網格區(qū)域+靜止網格區(qū)域”的方法首先對其進行分塊，

3、然后將Newmark-β法代碼編寫入FLUENT的用戶自定義函數(UDF)中對結構的振動響應進行求解，結合FLUENT軟件中的動網格技術建立了結構渦振數值模擬方法。以寬高比為6的矩形斷面為研究對象，對其在不同風速條件下進行繞流和渦振數值模擬，研究結果顯示:渦激振動“鎖定”區(qū)間和渦振響應振幅的數值模擬結果與風洞試驗結果吻合良好;表明采用該方法進行具有分離、再附著現象的鈍體斷面渦激振動是可行的。
　　(3)采用歐拉—歐拉體系的兩相流理

4、論，將雨滴場作為連續(xù)介質場，在流體計算軟件FLUENT基礎上編寫了相應的UDF計算程序，對矩形柱體周圍的風雨運動進行三維數值模擬。采用雷諾平均方法得到了在不同雨相粒徑、不同風速下的雨相流線圖，模型表面的雨滴捕獲率、沖擊荷載等。采用大渦模擬方法得到順風向、橫風向和扭轉向的荷載時程數據和力譜，并與無雨時作對比，發(fā)現風驅雨對模型靜態(tài)荷載影響很小，對動態(tài)荷載的影響較大，但平均效應很小。
　　與風洞試驗相比，用CFD數值模擬方法研究橋梁風效