大跨橋梁顫振與流動(dòng)控制數(shù)值模擬.pdf

1、在交通需求日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，大跨橋梁取得了突飛猛進(jìn)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(duì)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(dòng)并極易造成結(jié)構(gòu)毀壞。軟顫振為漸發(fā)性顫振，沒(méi)有明顯的突發(fā)性顫振臨界點(diǎn)，振動(dòng)表現(xiàn)為等幅彎扭耦合振動(dòng)。因此，研究硬顫振、軟顫振及抑制橋梁風(fēng)致顫振的流動(dòng)控制方法對(duì)提高大跨橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)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(dòng)混合流動(dòng)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(jì)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(chǎng)特性，考慮了不同模型比例、網(wǎng)格數(shù)量、時(shí)間步長(zhǎng)和計(jì)算風(fēng)速對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響規(guī)律，并將模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果精確性并選擇最優(yōu)網(wǎng)格計(jì)算模型和求解策略，為下一步計(jì)算橋梁的風(fēng)致振動(dòng)奠定基礎(chǔ)。
　　利用強(qiáng)迫振動(dòng)法和直接計(jì)算法計(jì)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(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的差異。直接計(jì)算法是利用
　　FLUENT的用戶自定義函數(shù)（UDF）和動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)橋梁斷面的風(fēng)致流固耦合振動(dòng)模擬，結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(dòng)力響應(yīng)時(shí)程曲線，進(jìn)而得到顫振臨界風(fēng)速。同時(shí)，采用直接計(jì)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(guò)在橋梁節(jié)段模型底部施加控制板，利用主被動(dòng)吹、吸氣相結(jié)合的流動(dòng)控制方法抑制不同攻角下橋梁的顫振特性。對(duì)于非負(fù)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(duì)于被動(dòng)方法控制效果不好的攻角采用主動(dòng)吹、吸氣方法，對(duì)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(duì)顫振特性的抑制效果，同時(shí)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(guò)斷