大跨度懸索橋顫振特性風(fēng)洞試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代大跨度懸索橋正朝著超大跨度、極度輕柔的方向發(fā)展，風(fēng)致振動問題顯得越來越突出。本文依托國家自然科學(xué)基金面上項目，以大跨度懸索橋——寸灘長江大橋為工程背景，采用風(fēng)洞試驗和CFD數(shù)值模擬兩種研究方法對其顫振特性進行研究，研究工作包括顫振導(dǎo)數(shù)的識別以及顫振臨界風(fēng)速的求解。其中寸灘長江大橋的主梁又是少見的寬高比為12的寬體式扁平鋼箱梁，通過研究總結(jié)部分寬體式扁平鋼箱梁的顫振特性發(fā)展規(guī)律，為今后類似的實際工程和相關(guān)研究工作提供參照。具體的研究工

2、作包括以下內(nèi)容：
　?。?）首先是基礎(chǔ)理論推導(dǎo)，包括顫振導(dǎo)數(shù)基本理論和計算流體動力學(xué)（CFD）基礎(chǔ)理論，分析得到理想平板顫振導(dǎo)數(shù)的Theodorsen理論解，以及顫振導(dǎo)數(shù)的自由振動和強迫振動兩種識別方法，同時說明本文所采用的FLUENT軟件數(shù)值模擬計算過程以及計算模型和計算參數(shù)的選取，并推導(dǎo)顫振臨界風(fēng)速的計算方法；
　　（2）采用FLUENT軟件應(yīng)用計算流體動力學(xué)的方法首先對理想平板的顫振導(dǎo)數(shù)進行數(shù)值計算，編制UDF程序利用

3、動網(wǎng)格原理，獲得豎向和扭轉(zhuǎn)運動的氣動力時程數(shù)據(jù)，編制MATLAB程序根據(jù)最小二乘法原理識別得到8個顫振導(dǎo)數(shù)，并與理想平板的Theodorsen理論解進行對比，驗證數(shù)值計算程序的可行性；
　　（3）對主梁節(jié)段模型的參數(shù)進行設(shè)計并制作風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?，在邊界層風(fēng)洞中進行顫振性能試驗，直接對施工態(tài)和成橋態(tài)的顫振臨界風(fēng)速進行測定，同時采用自由振動法識別顫振導(dǎo)數(shù)，通過采集豎向和扭轉(zhuǎn)的位移時程數(shù)據(jù)，并編制MATLAB程序根據(jù)最小二乘法原理識別主梁

4、斷面兩個自由度方向的8個顫振導(dǎo)數(shù)；
　?。?）同時采用FLUENT軟件對主梁節(jié)段模型的顫振導(dǎo)數(shù)進行數(shù)值計算，分析得到顫振導(dǎo)數(shù)的數(shù)值計算結(jié)果，并依據(jù)Scanlan顫振臨界風(fēng)速計算方法求解主梁斷面的顫振臨界風(fēng)速值，同時以寬體式扁平鋼箱梁斷面為基礎(chǔ)，通過改變氣動外形來研究其附屬結(jié)構(gòu)、不同欄桿透風(fēng)率以及導(dǎo)流板等對顫振性能的影響，最后將CFD數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗兩種方法獲得的顫振導(dǎo)數(shù)和臨界風(fēng)速計算結(jié)果進行對比；
　?。?）采用有限元軟件