山區(qū)窄式懸索橋加勁梁斷面氣動(dòng)選型數(shù)值分析.pdf

1、大跨徑懸索橋的幾何非線性特點(diǎn)決定了其結(jié)構(gòu)很容易受活荷載作用影響，如車道荷載、風(fēng)荷載等動(dòng)力荷載。因此，對(duì)于大跨徑結(jié)構(gòu)的橋梁，動(dòng)力性能的分析是必要的，也是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟。本文以地處甘肅省永靖縣內(nèi)的劉家峽大橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑖@橋梁主梁斷面氣動(dòng)分析，在已有的研究工作上，采用以理論分析為基礎(chǔ)，利用風(fēng)洞試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬方法對(duì)橋梁主梁斷面氣動(dòng)性能進(jìn)行了局部到整體的分析研究。主要工作及研究結(jié)論有：
　　（1）歸納整理了劉家峽大橋加勁梁節(jié)段風(fēng)洞

2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出三分力系數(shù)隨折減風(fēng)速的變化規(guī)律以及8個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)，并為后面數(shù)值分析提供對(duì)比條件。通過風(fēng)洞節(jié)段模型試驗(yàn)測定三分力系數(shù)，繪制三分力系數(shù)隨風(fēng)攻角變化的曲線圖，并分析氣動(dòng)三分力系數(shù)與顫振穩(wěn)定性能之間的關(guān)系，從而通過橋梁不同斷面的靜三分力系數(shù)，對(duì)其結(jié)構(gòu)斷面顫振穩(wěn)定性進(jìn)行快速評(píng)價(jià)和判定。橋梁斷面的氣動(dòng)力參數(shù)對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)選型，以及橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。
　?。?）為了更好的說明橋梁斷面氣動(dòng)選型的優(yōu)劣性，在已有的橋梁主

3、梁斷面中選取與劉家峽大橋主梁橫截面尺寸相似的鋼箱式主梁，其主梁凈寬15.6m，高2m。利用Midas FEA中的CFD方法建立主梁斷面氣動(dòng)數(shù)值模型，研究在幾何條件相似的情況下，給定同樣的邊界條件和分析工況，其斷面氣動(dòng)性能的優(yōu)劣。從提取的三分力系數(shù)以及隨時(shí)間變化的壓力場分布圖中，綜合分析對(duì)比，鋼桁式加勁梁斷面氣動(dòng)性能要好于鋼箱式加勁梁。
　?。?）僅從加勁梁節(jié)段斷面氣動(dòng)數(shù)值模擬來說明整個(gè)懸索橋的抗風(fēng)性能是片面的，不完全的。因此建立懸

4、索橋三維空間有限元?jiǎng)恿δＰ?，將兩種不同截面形式的加勁梁歸于橋梁整體結(jié)構(gòu)中，添加邊界條件，設(shè)定分析工況，對(duì)懸索橋整體抗風(fēng)性能進(jìn)行分析計(jì)算，提取前六階振動(dòng)模態(tài)。選取橋梁中跨跨中加勁梁作為研究對(duì)象，整理分析在風(fēng)速逐級(jí)加載的過程中，加勁梁豎向、側(cè)向以及扭轉(zhuǎn)位移值，并以直觀的曲線圖列出。在橋梁整體分析中得出，結(jié)合劉家峽大橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，兩種截面形式主梁的懸索橋均滿足其抗風(fēng)要求，但選用鋼桁式截面加勁梁的抗風(fēng)性能更強(qiáng)，更適合劉家峽大橋自身特色。
　

5、?。?）在數(shù)值模擬橋梁斷面氣動(dòng)計(jì)算中，有限元Midas FEA中只能進(jìn)行二維CFD分析，而鋼桁式加勁梁是多個(gè)桿件組合非閉合式梁，若要確切、精準(zhǔn)的模擬該主梁在風(fēng)場環(huán)境中的氣動(dòng)性能，需要一個(gè)三維空間模型。目前在ANSYS中有Workbench、FLOTRAN等模塊可以進(jìn)行空氣流場的仿真模擬，在工程領(lǐng)域也有很好的實(shí)際應(yīng)用。
　　在數(shù)據(jù)研究分析中均考慮了大跨徑懸索橋結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)以及劉家峽大橋橋址所處地理環(huán)境、季節(jié)性氣候的影響。加之該橋是