大跨橋梁顫振與流動控制數(shù)值模擬.pdf

1、在交通需求日益增長的趨勢下，大跨橋梁取得了突飛猛進的發(fā)展。隨著跨度增大，橋梁在結(jié)構(gòu)上變?yōu)橐环N柔性體系，對風(fēng)荷載作用極為敏感。橋梁硬顫振是一種風(fēng)致自激發(fā)散性振動并極易造成結(jié)構(gòu)毀壞。軟顫振為漸發(fā)性顫振，沒有明顯的突發(fā)性顫振臨界點，振動表現(xiàn)為等幅彎扭耦合振動。因此，研究硬顫振、軟顫振及抑制橋梁風(fēng)致顫振的流動控制方法對提高大跨橋梁的抗風(fēng)設(shè)計水平和服役安全具有重大意義。
　　本文采用CFD數(shù)值模擬方法研究了流線型橋梁主梁斷面硬顫振和軟顫振現(xiàn)

2、象，并提出了采用主被動混合流動控制新方法抑制顫振。主要內(nèi)容如下：
　　建立蘇通大橋和桃花峪黃河大橋施工狀態(tài)下數(shù)值計算模型，采用CFD通用軟件FLUENT模擬兩座橋梁的靜力三分力系數(shù)及流場特性，考慮了不同模型比例、網(wǎng)格數(shù)量、時間步長和計算風(fēng)速對計算結(jié)果的影響規(guī)律，并將模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果進行對比分析，驗證計算結(jié)果精確性并選擇最優(yōu)網(wǎng)格計算模型和求解策略，為下一步計算橋梁的風(fēng)致振動奠定基礎(chǔ)。
　　利用強迫振動法和直接計算法計算不

3、同攻角下兩座橋梁的顫振臨界風(fēng)速，并比較兩種數(shù)值方法計算結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果的差異。直接計算法是利用
　　FLUENT的用戶自定義函數(shù)（UDF）和動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)橋梁斷面的風(fēng)致流固耦合振動模擬，結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)采用四階 Runge-Kutta方法求解，得到各攻角下不同風(fēng)速的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)時程曲線，進而得到顫振臨界風(fēng)速。同時，采用直接計算方法得到了兩座橋梁發(fā)生軟顫振現(xiàn)象的攻角和各攻角下發(fā)生軟顫振風(fēng)速范圍。研究了不同響應(yīng)狀態(tài)下的橋梁斷面尾流的旋渦

4、脫落模式，解釋了其產(chǎn)生原因及與響應(yīng)之間的關(guān)系。
　　通過在橋梁節(jié)段模型底部施加控制板，利用主被動吹、吸氣相結(jié)合的流動控制方法抑制不同攻角下橋梁的顫振特性。對于非負風(fēng)攻角，分析距斷面底部不同距離控制板控制效果的優(yōu)劣，并選擇最優(yōu)距離參數(shù)。對于被動方法控制效果不好的攻角采用主動吹、吸氣方法，對于確定距斷面底部距離的控制板，分析不同吹氣和吸氣速度對顫振特性的抑制效果，同時分析了相同吹、吸氣流量下不同吹、吸氣速度分布的控制效果。最后，通過斷