懸索橋概念設(shè)計(jì)顫振穩(wěn)定性分析研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，近年來建立在計(jì)算流體動力學(xué)基礎(chǔ)上的數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)在水利、機(jī)械、環(huán)境、土木工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)不受試驗(yàn)條件制約，具有很好的可重復(fù)性，能模擬復(fù)雜幾何外形問題且流場可視性好，已成為一種非常重要的抗風(fēng)研究手段。尤其在橋梁方案概念設(shè)計(jì)階段為工程前期設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)手段，發(fā)展前景十分廣闊。本文采用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)進(jìn)行了伶仃懸索橋設(shè)計(jì)方案的顫振性能以及氣動控制措施的分析研究，為該懸索橋的概念設(shè)計(jì)提供了相關(guān)設(shè)計(jì)建

2、議。
　　本文基于Scanlan顫振導(dǎo)數(shù)理論數(shù)值分析主梁斷面顫振性能。采用數(shù)值方法，利用動網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模型分狀態(tài)強(qiáng)迫振動試驗(yàn)。選用Realizable kξ湍流模型，PISO算法迭代，提取氣動力數(shù)據(jù)識別顫振導(dǎo)數(shù)。運(yùn)用上述方法識別了理想平板顫振導(dǎo)數(shù)，并與Theodorsen平板理論解比較，驗(yàn)證本文方法的正確性與有效性，表明本文方法可應(yīng)用于大跨懸索橋主梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識別。
　　采用上述方法，在-5°~+5°風(fēng)攻角下，對伶仃懸索

3、橋施工狀態(tài)（不帶欄桿與檢修道）和成橋狀態(tài)（帶欄桿與檢修道）下的主梁斷面分別進(jìn)行了二維繞流場計(jì)算，識別了顫振導(dǎo)數(shù)，并計(jì)算了四種懸索橋概念設(shè)計(jì)方案在各風(fēng)攻角下的顫振臨界風(fēng)速。成橋狀態(tài)下顫振導(dǎo)數(shù)與虎門二橋相同箱梁斷面的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)值吻合較好，欄桿與檢修道的引入降低了橋梁顫振臨界風(fēng)速，隨著風(fēng)攻角絕對值的增大，主梁斷面氣動外形逐漸變差，各懸索橋方案顫振臨界風(fēng)速都呈下降趨勢，且+5°風(fēng)攻角下顫振臨界風(fēng)速最低，顫振穩(wěn)定性最差。
　　基于顫振

4、穩(wěn)定性要求，進(jìn)行了氣動控制措施優(yōu)化試驗(yàn)，采取中央開槽、中央開槽加豎向穩(wěn)定板、中央開槽加槽內(nèi)斜穩(wěn)定板、中央開槽加豎向邊穩(wěn)定板形成帶氣動控制措施的新斷面模型并在最不利風(fēng)攻角下進(jìn)行了顫振分析，評估氣動控制措施效果，發(fā)現(xiàn)中央開槽措施明顯提高了斷面顫振性能，且穩(wěn)定板的位置對斷面顫振性能影響不同，中央穩(wěn)定板與槽內(nèi)斜穩(wěn)定板可以有效提高斷面顫振臨界風(fēng)速，豎向邊穩(wěn)定板反而降低了斷面顫振臨界風(fēng)速。本文優(yōu)先推薦中央開槽與中央穩(wěn)定板組合的措施作為最終的顫振改良