【摘要】：近年來隨著交通量的增大，雙幅橋梁以寬敞的視覺效果、良好的行車條件備受設(shè)計(jì)者的青睞。雙幅橋梁斷面復(fù)雜，間距較小，更易受到氣動(dòng)干擾效應(yīng)的影響，由氣動(dòng)干擾引起的雙幅橋面靜風(fēng)荷載、渦激振動(dòng)及顫振穩(wěn)定性等與單幅橋面相比也存在一定差別。氣動(dòng)干擾是大跨度雙幅橋面橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)最為關(guān)注的問題之一。本文首先詳細(xì)介紹了大跨度雙幅橋面橋梁氣動(dòng)干擾研究現(xiàn)狀，然后采用CFD數(shù)值分析方法，針對某跨江雙幅橋面橋梁氣動(dòng)干擾進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文的主要工作如下： 1.采用k SST湍流模型對三種典型斷面（矩形斷面、Π形斷面和流線形斷面）三分力系數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，將模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行比較，驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性。并通過改變串列雙幅斷面的間距來研究這三種典型雙幅斷面的三分力系數(shù)在不同工況下的變化規(guī)律。 2.以某在建大跨雙幅跨江橋梁為分析原型，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的方法，對橋梁斷面的氣動(dòng)干擾場進(jìn)行數(shù)值模擬，考慮在不同風(fēng)攻角下增設(shè)導(dǎo)流板、風(fēng)嘴等氣動(dòng)措施，分析掌握三分力系數(shù)的變化特點(diǎn)以及雷諾數(shù)效應(yīng)的影響。研究表明：大跨雙幅橋梁斷面存在三分力系數(shù)的雷諾數(shù)效應(yīng)，阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增加而減少，并在低雷諾數(shù)區(qū)域反應(yīng)劇烈；增設(shè)氣動(dòng)措施（導(dǎo)流板、風(fēng)嘴）后氣動(dòng)干擾影響減弱，并在一定范圍內(nèi)使得升力系數(shù)、扭矩系數(shù)較橋梁原斷面有所降低；在不同氣動(dòng)措施下，雷諾數(shù)對橋梁斷面的三分力系數(shù)影響規(guī)律相似，不同雷諾數(shù)下流場特性也基本相同。 3.大跨雙幅橋梁極易出現(xiàn)渦激共振，由于其在低風(fēng)速區(qū)段就可能發(fā)生，因此是研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域比較關(guān)注的重點(diǎn)問題。由于渦激振動(dòng)問題的復(fù)雜性，目前缺乏有關(guān)橋梁渦激振動(dòng)的系統(tǒng)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論和方法，仍處于通過風(fēng)洞試驗(yàn)來檢驗(yàn)大跨雙幅橋梁的設(shè)計(jì)方案是否存在渦激共振的階段。本文采用CFD方法，對上述大跨雙幅橋梁在風(fēng)作用下的渦激振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探討在不同風(fēng)攻角下增設(shè)導(dǎo)流板、風(fēng)嘴后對渦激共振的影響特性。同時(shí)，為深入考慮鈍體斷面與風(fēng)場之間的氣動(dòng)耦合作用對渦振的影響，通過用戶自定義函數(shù)的方法(UDF)引入氣動(dòng)耦合效應(yīng)，模擬分析氣動(dòng)耦合作用下大跨雙幅橋梁的氣動(dòng)渦振特點(diǎn)，顯示結(jié)果與未考慮氣動(dòng)耦合作用時(shí)的接近，表明此時(shí)氣動(dòng)耦合影響較小。 本文的研究成果可為進(jìn)一步研究大跨雙幅橋梁氣動(dòng)干擾效應(yīng)，以及實(shí)際工程的大跨雙幅橋梁設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。
【圖文】：

抖振響應(yīng)等問題[1]。在國內(nèi)外，近幾十年建成了許多雙幅橋面橋梁，如日本的主跨為 405m 的名港西大橋（圖 1.1），美國德克薩斯的 Fred Hartman 橋；2012 年建成通車的湖南湘西矮寨特大懸索橋，主跨 1176m，主跨居世界第三、亞洲第一（圖1.2）；在建的安徽蕪湖長江二橋，擬采用的主梁橫斷面如圖 1.3 所示。

主跨居世界第三、亞洲第一（圖1.2）；在建的安徽蕪湖長江二橋，擬采用的主梁橫斷面如圖 1.3 所示。圖 1.1 名港西大橋 圖 1.2 矮寨特大懸索橋Fig1.1 Meiko-Chuo Bridge Fig1.2 Aizhai suspension bridge圖 1.3 蕪湖長江二橋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷面Fig1.3 Second bridge of Wuhu Yangtze River standard section1940 年風(fēng)振致使美國的塔科馬橋的毀壞拉開了研究橋梁空氣動(dòng)力學(xué)的序幕。過去 60 多年來，對氣動(dòng)干擾效應(yīng)的研究主要涉及以下方面：1.對干擾機(jī)理的研究；2.對低矮建筑房屋、構(gòu)筑物等氣動(dòng)干擾的研究；3.對不同的建筑模型進(jìn)行研究，除矩形斷面建筑模型外還包括復(fù)雜外形建筑模型和大跨屋蓋結(jié)構(gòu)模型的研究[2-3]。目前，大跨雙幅橋面橋梁氣動(dòng)干擾研究的文獻(xiàn)相對較少，表 1.1 為主要針對特定的工程來研究雙幅橋面橋梁的氣動(dòng)干擾。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U441.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉志文;陳政清;劉高;邵新鵬;;雙幅橋面橋梁三分力系數(shù)氣動(dòng)干擾效應(yīng)試驗(yàn)研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年01期

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本文編號：2559912