本文選題：風(fēng)致振動(dòng)　切入點(diǎn)：山地城市　出處：《重慶交通大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國是多山的國家,山地城市中的橋梁因其復(fù)雜的地形地貌環(huán)境,在抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求上不同于平原城市,這不僅涉及到山地城市風(fēng)場(chǎng)特性、橋梁結(jié)構(gòu)本身特性,更要考慮二者的共同作用。山地城市風(fēng)場(chǎng)特性與平原城市差別很大,現(xiàn)有規(guī)范對(duì)山地城市風(fēng)場(chǎng)風(fēng)特性描述極少。因此,為了有效控制鋼拱橋桿件的多種有害風(fēng)振、延長橋梁使用壽命、保證整體橋梁的安全和確保山地城市中的交通安全通行,對(duì)山地城市鋼拱橋桿件風(fēng)振機(jī)理的研究是非常有必要的,且具有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義�，F(xiàn)代橋梁的發(fā)展,因要求需要促使其向著跨度大,結(jié)構(gòu)柔和質(zhì)量輕的方向發(fā)展,這使得結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的作用顯得更加敏感。大跨度鋼橋中的桿件是風(fēng)敏感結(jié)構(gòu),在一定風(fēng)速作用下,極易引發(fā)渦激振動(dòng)。本文依托重慶朝天門大橋,取其典型桿件作為研究對(duì)象,利用ANSYS-FLUENT軟件,通過將四階Runge-Kutta法以自編UDF程序形式嵌入其中的方法對(duì)典型桿件的渦激振動(dòng)數(shù)值模擬,主要工作有以下幾方面:(1)對(duì)二維模型在非定常流場(chǎng)中數(shù)值模擬,將所得的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、頻率、Strouhal數(shù)等參數(shù)同已有試驗(yàn)值及數(shù)值模擬值比對(duì),驗(yàn)證靜態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。(2)對(duì)比Realizable k-ε和SST k-ω兩類模型的三分力系數(shù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差,分析兩類模型的變化規(guī)律,比較模型的精準(zhǔn)性;同時(shí),對(duì)比不同風(fēng)攻角下的三分力系數(shù),對(duì)不同風(fēng)攻角升力系數(shù)和阻力系數(shù)變化規(guī)律總結(jié),并分析了不同風(fēng)速下的渦激振動(dòng)鎖定區(qū)間及升力系數(shù)和阻力系數(shù)變化規(guī)律。(3)利用ANSYS-FLUENT軟件的二次開發(fā),自編UDF程序,模擬二維方柱在動(dòng)態(tài)流場(chǎng)中數(shù)值模擬,獲取位移時(shí)程曲線以及風(fēng)速鎖定區(qū)變化情況,分析了三分力系數(shù)變化規(guī)律和動(dòng)態(tài)流場(chǎng)中流固耦合的拍動(dòng)現(xiàn)象。(4)將全隱式四階Runge-Kutta法以自編UDF程序形式嵌入到ANSYS-FLUENT中,對(duì)朝天門大橋典型桿件進(jìn)行渦激振動(dòng)仿真模擬,選取風(fēng)速、風(fēng)攻角及阻尼比三個(gè)影響因素比較分析,分別分析了渦振鎖定風(fēng)速區(qū)間,最不利風(fēng)攻角以及阻尼比對(duì)渦激振動(dòng)的影響。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí),要盡量避開發(fā)生渦致振動(dòng)時(shí)的風(fēng)速、阻尼和風(fēng)攻角,避免發(fā)生共振和加速結(jié)構(gòu)的破壞速度。
[Abstract]:China is a mountainous country. Because of its complex terrain and landform environment, bridges in mountainous cities are different from those in plain cities in wind-resistant design, which involves not only the characteristics of wind field in mountainous cities, but also the characteristics of bridge structure itself. The characteristics of wind field in mountainous cities are very different from those in plain cities, and the existing codes seldom describe the wind characteristics of mountain cities. Therefore, in order to effectively control the harmful wind-induced vibration of steel arch bridge members, It is necessary to study the wind-induced vibration mechanism of steel arch bridge in mountainous cities, which can prolong the service life of bridges, ensure the safety of the whole bridge and ensure the traffic safety in mountainous cities. The development of modern bridges is required to develop towards the direction of long span, soft structure and light mass. This makes the structure more sensitive to the action of wind load. The members of long-span steel bridge are wind sensitive structures, which are apt to cause vortex-induced vibration under certain wind speed. This paper relies on the Chaotianmen Bridge in Chongqing. Taking the typical member as the research object, using the ANSYS-FLUENT software, the numerical simulation of the vortex-induced vibration of the typical member is carried out by embedding the fourth-order Runge-Kutta method in the form of self-compiled UDF program. The main work is as follows: 1) numerical simulation of the two-dimensional model in unsteady flow field. The obtained parameters such as lift coefficient, drag coefficient, frequency and Strouhal number are compared with existing experimental values and numerical simulation values. Verify the accuracy of static flow field numerical simulation.) compare the mean value and standard deviation of Realizable k- 蔚 model and SST k- 蠅 model, analyze the variation law of the two models, compare the accuracy of the model, at the same time, Compared with the three-point force coefficient under different wind attack angle, summarized the variation law of lift coefficient and resistance coefficient of different wind attack angle. The variation of lift coefficient and drag coefficient under different wind speed is analyzed. Using the secondary development of ANSYS-FLUENT software, a UDF program is developed to simulate the numerical simulation of two-dimensional square column in the dynamic flow field. The displacement time history curve and the variation of the wind speed locking zone are obtained. The variation law of the three-point force coefficient and the fluid-solid coupling phenomenon in the dynamic flow field are analyzed. The four-order implicit Runge-Kutta method is embedded in the ANSYS-FLUENT in the form of a self-compiled UDF program. The typical members of Chaotianmen Bridge are simulated by vortex-induced vibration simulation. The wind speed, wind attack angle and damping ratio are compared and analyzed respectively. In the design of the bridge, the wind speed, damping and wind attack angle should be avoided, and the resonance and the failure speed of the structure should be avoided when the bridge is designed by the most unfavorable wind attack angle and damping ratio, while designing the bridge, it is necessary to avoid the wind speed, damping and wind attack angle of vortex-induced vibration as far as possible.
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441.3

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本文編號(hào)：1630901