基于FLUENT的大跨度雙幅橋面橋梁氣動干擾性能研究.pdf

1、為了增加橋梁結構的車輛通行能力,通?？梢詫蛄涸O計為雙層橋面或平行彼此分離的雙幅橋面橋梁。本文主要針對后者雙幅橋面橋梁的氣動干擾效應進行研究。在工程實踐中,雙幅橋面橋梁主要有以下兩大類:1)橋梁新建時將主梁設計成平行且相互獨立分離的兩幅橋；2)由于若干年后在已建橋梁附近再修建一座與其平行的橋梁而形成的雙幅橋。這兩類橋,由于主梁距離較近,在氣流作用下,上游橋面與下游橋面之間存在一定的相互影響,如上下游橋面氣動干擾所引起的雙幅橋面主梁渦激共

2、振、顫振穩(wěn)定性、抖振響應及上下游橋面風荷載等都與單幅主梁斷面存在一定的差異,我們把這些影響稱為雙幅橋面的“氣動干擾效應”。隨著橋梁跨度的增加,雙幅橋面橋梁主梁之間的氣動干擾將不容忽視,是這類橋梁抗風設計最為關注的問題之一。本文以國家自然科學基金資助項目(50608030)為依托,采用大型計算流體力學商業(yè)軟件Fluent對大跨度雙幅橋面橋梁氣動干擾效應進行了數(shù)值模擬研究,重點研究了三類典型斷面(矩形斷面、П形斷面及流線型斷面)三分力系數(shù)隨

3、雙幅斷面之間間距的變化規(guī)律以及串列雙幅斷面渦激振動的氣動干擾效應。論文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)首先采用k-ωSST紊流模型對單幅固定矩形斷面進行繞流數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬結果與單矩形斷面風洞試驗結果進行比較,以檢驗本文數(shù)值模擬方法的精度；其次,在此基礎上對單幅П形斷面、單幅流線型斷面的三分力系數(shù)及St數(shù)進行數(shù)值模擬。最后引入干擾因子概念針對三類典型斷面(矩形斷面、П形斷面及流線型斷面),改變串列雙幅斷面的間距,研究上、下游斷

4、面三分力系數(shù)的氣動干擾效應隨間距的變化規(guī)律。
　　 (2)采用計算流體力學軟件Fluent中的k-ω SST湍流模型求解不可壓縮粘性流體N-S方程,采用“剛性運動區(qū)域+動網(wǎng)格區(qū)域+靜止網(wǎng)格區(qū)域”的分塊方法建立計算網(wǎng)格,將Newmark-β法代碼嵌入Fluent UDF(用戶自定義函數(shù))中以求解結構振動響應,并結合動網(wǎng)格技術建立了鈍體結構渦激振動數(shù)值模擬方法,并針對寬高比分別為B/H=4、5的矩形斷面進行了不同風速條件下的渦激振動

5、數(shù)值模擬,數(shù)值模擬結果與試驗結果吻合良好。
　　 (3)采用本文第四章建立的鈍體結構渦激振動數(shù)值模擬方法,對間距比分別為D/B=0.5、1.0時串列雙幅矩形斷面的渦激振動響應氣動干擾效應進行了數(shù)值模擬；并將數(shù)值模擬結果與風洞試驗結果進行了比較。總體來說,雙幅斷面的起振風速被稍微滯后,但是由于近距離的相互干擾效應雙幅斷面工況下的振幅卻加大了,這一數(shù)值結果同實驗結果是相吻合的,表明了雙幅斷面的干擾效應的影響,在此間距比下不可忽略。<