大跨度公鐵兩用倒梯形斷面鋼桁梁氣動力與抖振性能研究.pdf

1、隨著橋梁施工技術的進步與相關計算理論的日趨成熟，大跨度橋梁越來越多地出現(xiàn)在交通線路工程中，由于公路與鐵路橋面車道寬度設置不同，倒梯形桁梁橋因其特有斷面特征，成為公鐵兩用橋的可選橋型之一。由于其結構桿件較多，結構形式復雜，其氣動力性能也是橋梁抗風設計中不可忽視的重要因素。本文首先回顧了大跨度桁梁橋的發(fā)展歷史，桁梁橋的氣動力研究發(fā)展過程，指出了現(xiàn)有公鐵兩用倒梯形桁梁橋氣動力與抖振性能研究對橋梁結構設計的重要意義。針對不同特征尺寸倒梯形桁梁橋

2、，設計了多種風洞試驗研究方案，并借助于計算流體力學軟件，對倒梯形桁梁橋的氣動導納函數(shù)、斜向風對氣動力參數(shù)的影響，桁架的遮擋效應以及氣動力沿跨向相關性進行了深入研究。本文的主要研究內容主要有:
　　(1)基于非定常氣動力荷載公式，結合氣動導納函數(shù)物理意義，推導了氣動導納函數(shù)定義表達式，采用三種不同特征尺寸倒梯形桁梁模型，進行尖塔紊流場中不同風速、不同風攻角下的剛性節(jié)段模型風洞試驗，對氣動導納函數(shù)識別。對比了風速、風攻角對其影響，并針

3、對試驗得到的氣動導納函數(shù)進行公式擬合。
　　(2)采用自主設計的能同時考慮風偏角與風攻角影響的測力試驗設備，選用兩種不同特征尺寸的倒梯形桁梁模型，進行0～180°不同風偏角來風時，桁梁在-5°、-3°、0°、3°、5°風攻角下的氣動力參數(shù)風洞試驗，揭示其隨風偏角與風攻角的分布規(guī)律，并將其與常規(guī)理論計算結果和規(guī)范值進行對比。得出橫橋向來風時不是最不利來流風向，氣動力參數(shù)隨風偏角的變化規(guī)律受桁梁施工狀態(tài)影響不大。
　　(3)對兩

4、榀桁架進行不同間距時的遮擋效應風洞試驗，采用CFD計算軟件對相同條件下來流時桁架的遮擋效應進行數(shù)值模擬。并通過改變桁架的實度比，間距比，來流風偏角、風攻角以及橋面板布置位置狀態(tài)，對不同狀態(tài)下的桁架遮擋效應進行對比分析。采用上述同樣工況，模擬計算三榀桁架時的各對應工況下的遮擋效應。通過數(shù)值模擬計算得到的桁架周圍流場圖與速度分布云圖解釋說明了導致桁架在不同狀態(tài)時產(chǎn)生遮擋效應差異的原因。
　　(4)通過采用雙高頻動態(tài)天平同步測力方法，對

5、類平板、扁平鋼箱梁、倒梯形斷面桁梁模型進行氣動力相關性分析風洞試驗。采用兩種不同風場特性的紊流風場用以生成脈動風。通過采集得到的不同間距處的各模型氣動力時程與脈動風速時程，得到兩者沿跨向相關性分布規(guī)律，對氣動力相關性與脈動風相關進行對比分析，得出氣動力沿跨向相關性要大于對應來流脈動相關性，同時鈍體斷面的相關性要小于流線型斷面。
　　(5)利用虛擬激勵法理論，結合橋梁抖振響應理論公式，推導了基于虛擬激勵法的多維多點隨機風作用下大跨度