連續(xù)剛構(gòu)橋梁的氣動性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來，隨著科學技術和交通事業(yè)的發(fā)展，連續(xù)剛構(gòu)橋也因此被廣泛應用而發(fā)展起來，并逐步向大跨、輕柔、超高墩方向發(fā)展，這樣使得結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題、溫度問題、抗震問題、抗風問題日益突出。因此，對高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)的抗風性能進行研究顯得很必要。 在橋梁抗風研究中，三分力系數(shù)是抖振響應分析、馳振穩(wěn)定性分析、靜風荷載分析中的重要參數(shù)，三分力系數(shù)的取值直接影響橋梁抗風分析的精度。我國現(xiàn)有的《公路橋梁抗風設計規(guī)范》僅對單幅橋面橋梁的三分力系數(shù)及其所受的

2、風荷載進行了說明，以此確定的風荷載及風致振動特性誤差較大，同時沒有考慮到有干擾效應的雙幅橋情況。事實上，由于雙幅橋面橋梁上下游橋面之間存在著氣動干擾效應，因而其三分力系數(shù)肯定不同與單幅橋面。有鑒于此，本文結(jié)合山店江大橋的抗風問題研究了連續(xù)剛構(gòu)橋梁的氣動性能，主要包含以下幾方面內(nèi)容： (1)綜述了大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁的發(fā)展、連續(xù)剛構(gòu)的風振特點及其與雙幅橋面氣動干擾問題相關的研究成果。 (2)介紹了橋梁風工程的重要研究方法，回

3、顧了計算流體力學的興起及其發(fā)展，介紹了CFX軟件的發(fā)展歷史、特色和分析的步驟。 (3)選擇合理的網(wǎng)格劃分方案模擬單幅主梁斷面在不同攻角下的風場特征，分析了流場的壓力、速度和渦旋的分布，CFX模擬提取的三分力系數(shù)與試驗值十分吻合，結(jié)果可信。因此在實際工程中可以在進行風洞試驗之前利用CFX對三分力系數(shù)進行預測；對于沒有風洞條件的情況下，同樣可以利用CFD方法來提取三分力系數(shù)。利用FFT變換技術，分析了升力時程曲線的功率譜密度得出旋渦

4、脫落頻率fs，從而折算出St數(shù)?；隈Y振理論和主梁氣動三分力數(shù)值結(jié)果，分析了山店江大橋施工階段的馳振穩(wěn)定性，結(jié)果表明，該橋主梁不會發(fā)生馳振。 (4)通過試驗和CFX數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對雙幅橋距0.5m和橋距24m時的主梁斷面三分力系數(shù)進行了研究，結(jié)果表明，三分力試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果十分吻合，其中阻力系數(shù)和升力系數(shù)的模擬值與試驗值相差較小，升力矩系數(shù)的模擬值與試驗值相差較大，其主要原因是升力矩系數(shù)的數(shù)量級太小。三分力系數(shù)隨攻角

5、變化的趨勢完全與試驗結(jié)果相符合。并采用CFX軟件對雙幅橋面橋梁不同橋距和攻角的氣動干擾效應進行了研究，結(jié)果表明，下游橋面對上游橋面的阻力系數(shù)氣動干擾效應隨風攻角的變化不是很大，而上游橋面對下游橋面的升力和升力矩系數(shù)干擾效應隨風攻角的變化敏感，阻力系數(shù)氣動干擾效應隨風攻角的變化不是很大；下游橋面對上游橋面的氣動干擾隨橋距的變化不大，上游橋面的阻力、升力和升力矩的變化不明顯；而上游橋面對下游橋面的氣動干擾隨橋距的變化很大，阻力系數(shù)降低幅度很

6、大，表現(xiàn)出明顯的“遮擋”效應，且隨著橋距的增大，這種影響越來越小，升力系數(shù)和升力矩系數(shù)變化幅度也很大。 (5)采用強迫振動方法試驗和CFX動網(wǎng)格值模擬識別了薄平板、山店江大橋跨中斷面的氣動導數(shù)。結(jié)果表明，對流線性好的薄平板，數(shù)值模擬值與理論值相當吻合；而箱梁斷面數(shù)值識別結(jié)果與試驗值存在較大誤差，數(shù)值模擬結(jié)果在低折減風速更接近試驗值，而在高折減風速處差別明顯，要提高精度須加密空間網(wǎng)格和延長計算時間，但必須付出高昂的計算時間代價。由