連續(xù)剛構(gòu)橋梁的氣動(dòng)性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)和交通事業(yè)的發(fā)展，連續(xù)剛構(gòu)橋也因此被廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來，并逐步向大跨、輕柔、超高墩方向發(fā)展，這樣使得結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題、溫度問題、抗震問題、抗風(fēng)問題日益突出。因此，對(duì)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)的抗風(fēng)性能進(jìn)行研究顯得很必要。 在橋梁抗風(fēng)研究中，三分力系數(shù)是抖振響應(yīng)分析、馳振穩(wěn)定性分析、靜風(fēng)荷載分析中的重要參數(shù)，三分力系數(shù)的取值直接影響橋梁抗風(fēng)分析的精度。我國現(xiàn)有的《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》僅對(duì)單幅橋面橋梁的三分力系數(shù)及其所受的

2、風(fēng)荷載進(jìn)行了說明，以此確定的風(fēng)荷載及風(fēng)致振動(dòng)特性誤差較大，同時(shí)沒有考慮到有干擾效應(yīng)的雙幅橋情況。事實(shí)上，由于雙幅橋面橋梁上下游橋面之間存在著氣動(dòng)干擾效應(yīng)，因而其三分力系數(shù)肯定不同與單幅橋面。有鑒于此，本文結(jié)合山店江大橋的抗風(fēng)問題研究了連續(xù)剛構(gòu)橋梁的氣動(dòng)性能，主要包含以下幾方面內(nèi)容： (1)綜述了大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的發(fā)展、連續(xù)剛構(gòu)的風(fēng)振特點(diǎn)及其與雙幅橋面氣動(dòng)干擾問題相關(guān)的研究成果。 (2)介紹了橋梁風(fēng)工程的重要研究方法，回

3、顧了計(jì)算流體力學(xué)的興起及其發(fā)展，介紹了CFX軟件的發(fā)展歷史、特色和分析的步驟。 (3)選擇合理的網(wǎng)格劃分方案模擬單幅主梁斷面在不同攻角下的風(fēng)場(chǎng)特征，分析了流場(chǎng)的壓力、速度和渦旋的分布，CFX模擬提取的三分力系數(shù)與試驗(yàn)值十分吻合，結(jié)果可信。因此在實(shí)際工程中可以在進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)之前利用CFX對(duì)三分力系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)于沒有風(fēng)洞條件的情況下，同樣可以利用CFD方法來提取三分力系數(shù)。利用FFT變換技術(shù)，分析了升力時(shí)程曲線的功率譜密度得出旋渦

4、脫落頻率fs，從而折算出St數(shù)?；隈Y振理論和主梁氣動(dòng)三分力數(shù)值結(jié)果，分析了山店江大橋施工階段的馳振穩(wěn)定性，結(jié)果表明，該橋主梁不會(huì)發(fā)生馳振。 (4)通過試驗(yàn)和CFX數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)雙幅橋距0.5m和橋距24m時(shí)的主梁斷面三分力系數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，三分力試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果十分吻合，其中阻力系數(shù)和升力系數(shù)的模擬值與試驗(yàn)值相差較小，升力矩系數(shù)的模擬值與試驗(yàn)值相差較大，其主要原因是升力矩系數(shù)的數(shù)量級(jí)太小。三分力系數(shù)隨攻角

5、變化的趨勢(shì)完全與試驗(yàn)結(jié)果相符合。并采用CFX軟件對(duì)雙幅橋面橋梁不同橋距和攻角的氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，下游橋面對(duì)上游橋面的阻力系數(shù)氣動(dòng)干擾效應(yīng)隨風(fēng)攻角的變化不是很大，而上游橋面對(duì)下游橋面的升力和升力矩系數(shù)干擾效應(yīng)隨風(fēng)攻角的變化敏感，阻力系數(shù)氣動(dòng)干擾效應(yīng)隨風(fēng)攻角的變化不是很大；下游橋面對(duì)上游橋面的氣動(dòng)干擾隨橋距的變化不大，上游橋面的阻力、升力和升力矩的變化不明顯；而上游橋面對(duì)下游橋面的氣動(dòng)干擾隨橋距的變化很大，阻力系數(shù)降低幅度很

6、大，表現(xiàn)出明顯的“遮擋”效應(yīng)，且隨著橋距的增大，這種影響越來越小，升力系數(shù)和升力矩系數(shù)變化幅度也很大。 (5)采用強(qiáng)迫振動(dòng)方法試驗(yàn)和CFX動(dòng)網(wǎng)格值模擬識(shí)別了薄平板、山店江大橋跨中斷面的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)。結(jié)果表明，對(duì)流線性好的薄平板，數(shù)值模擬值與理論值相當(dāng)吻合；而箱梁斷面數(shù)值識(shí)別結(jié)果與試驗(yàn)值存在較大誤差，數(shù)值模擬結(jié)果在低折減風(fēng)速更接近試驗(yàn)值，而在高折減風(fēng)速處差別明顯，要提高精度須加密空間網(wǎng)格和延長計(jì)算時(shí)間，但必須付出高昂的計(jì)算時(shí)間代價(jià)。由