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文檔簡介
1、隨著大跨度斜拉橋、懸索橋的不斷涌現(xiàn),橋梁結構正朝著更細長、更輕柔的方向發(fā)展,對風荷載的作用也越來越敏感。橋梁的風致振動不僅影響橋梁自身結構的安全性和耐久性,對橋上車輛行駛的安全性和舒適性也有重要的影響。因此,對橋梁氣動彈性現(xiàn)象開展研究,對提高橋梁抗風性能,抑制橋梁風致振動有著重要意義。
計算流體動力學(簡稱CFD)以其計算成本底、周期短、參數(shù)修改方便等優(yōu)勢,近年來在橋梁抗風領域的應用越來越廣。本文以商用CFD軟件FLUEN
2、T為工具,將結構視為運動的剛體,研究空氣與橋梁之間的流固耦合作用。將Newmark方法嵌入到FLUENT軟件中,對剛體運動進行數(shù)值求解,剛體位置的更新則通過動網(wǎng)格技術實現(xiàn)。
首先,建立了二維方柱靜態(tài)繞流模型,對不同湍流模型的計算結果與相關文獻進行對比,選擇了模擬結果較好的k-ωSST模型作為本文研究所使用的湍流模型。然后,模擬計算了豎向單自由度振動方柱在不同風速下的阻力系數(shù)和斯托羅哈數(shù)的變化情況,模擬了渦激共振現(xiàn)象,并與靜
3、態(tài)繞流進行了對比。
其次,建立了具有豎向振動和扭轉(zhuǎn)振動二自由度的薄平板模型,并識別了該平板的顫振導數(shù)。接著對其顫振臨界風速進行了逼近計算,并將計算結果與抗風規(guī)范的理論公式解進行了對比。同時,通過改變結構阻尼比的大小,研究了結構阻尼對顫振臨界風速的影響。隨后還研究了零風速條件下平板氣動阻尼的影響因素。
最后,以某工程實例的風洞試驗結果作為對比,建立了某大跨度懸索橋施工階段主梁的二維節(jié)段計算模型。結合風洞試驗數(shù)據(jù)
4、以及數(shù)值模擬的相關結果,對模型的阻尼比進行了修正,并對修正阻尼比之后的模型進行了顫振臨界風速的計算,結果與風洞試驗吻合較好。對渦振試驗模型也進行了阻尼比修正,并驗算了截面的渦振性能,在2m/s至8.8m/s風速范圍內(nèi),沒有發(fā)現(xiàn)明顯的渦振現(xiàn)象。
根據(jù)計算結果,本文采用的CFD-CSD耦合分析方法能夠研究理想方柱繞流和薄平板模型繞流。對橋梁結構顫振臨界風速的計算也與風洞試驗吻合較好,對橋梁截面的渦振性能也能進行相關模擬??傊?/p>
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