大跨橋梁橋塔和吊索鈍體群氣動(dòng)干擾效應(yīng)數(shù)值分析.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展,大跨度橋梁越來越多,其施工和運(yùn)營中的抗風(fēng)問題非常突出。橋塔或吊索是大跨度懸索橋、斜拉橋和拱橋的重要組成部分,橋塔和吊索等鈍體存在氣動(dòng)干擾效應(yīng),且氣動(dòng)干擾效應(yīng)對會(huì)橋塔和吊索的風(fēng)振性能產(chǎn)生重要影響。分別針對懸索橋橋塔不同斷面形式的氣動(dòng)性能優(yōu)劣問題,改擴(kuò)建過程中并列橋塔之間馳振的氣動(dòng)干擾問題,以及氣動(dòng)干擾效應(yīng)會(huì)對懸索橋騎跨式吊索四根索股的疲勞性能產(chǎn)生重大影響等問題,采用數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)的方法,結(jié)合東海某大跨度懸索橋的實(shí)際情

2、況,對不同塔柱斷面三分力系數(shù)、馳振和騎跨式吊索的氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容和成果如下:
　　 1.基于有限體積法和SIMPLE算法,針對矩形斷面、倒直角斷面、倒內(nèi)凹圓弧斷面和倒外凸圓弧斷面等四種斷面的單個(gè)和多個(gè)鈍體,對均勻黏性定常流體的雷諾數(shù)在超臨界區(qū)域的繞流流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬。計(jì)算其在不同風(fēng)攻角、不同倒角尺寸和不同柱體間距情況下的三分力系數(shù),并分析其在不同情況下的氣動(dòng)力系數(shù)的變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明對

3、單個(gè)鈍體而言,各斷面在不同風(fēng)攻角情況下的阻力系數(shù)、升力系數(shù)和扭矩系數(shù)整體上依照矩形斷面、倒直角斷面、倒內(nèi)凹圓弧斷面和倒外凸圓弧斷面的順序依次減小,而倒直角斷面、倒內(nèi)凹圓弧斷面和倒外凸圓弧斷面隨著倒角尺寸的增大,阻力系數(shù)、升力系數(shù)和扭矩系數(shù)呈減小的趨勢;對兩個(gè)鈍體而言,由于氣動(dòng)干擾效應(yīng),下游鈍體無論是在變化趨勢上還是在數(shù)值大小上和上游鈍體相比都發(fā)生了較大的變化。
　　 2.受鈍體相互間的氣動(dòng)干擾效應(yīng)影響,隨著串列鈍體個(gè)數(shù)的不同和斷

4、面的不同,鈍體的馳振性能會(huì)發(fā)生較大變化,采用CFD數(shù)值分析的方法,結(jié)合建成的東海某大跨度懸索橋,研究了四個(gè)塔柱在四種斷面情況下的馳振氣動(dòng)干擾效應(yīng),又與兩個(gè)塔柱和單個(gè)塔柱在同樣四種斷面的馳振氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明:雙塔柱矩形斷面在雙塔柱倒直角斷面橋塔上游時(shí),可能發(fā)生馳振;雙塔柱倒外凸圓弧斷面在雙塔柱倒直角斷面下游時(shí),可能發(fā)生馳振;在兩個(gè)塔柱時(shí),下游塔柱主要在0°度風(fēng)攻角附近可能發(fā)生馳振,并且距離越近發(fā)生馳振的可能性越大:在四

5、個(gè)塔柱時(shí),由于氣動(dòng)干擾效應(yīng)的存在,第四個(gè)塔柱不易發(fā)生馳振,在矩形斷面和倒外凸圓弧斷面情況下,第二個(gè)和第三個(gè)塔柱可能發(fā)生馳振失穩(wěn)。
　　 3.針對懸索橋騎跨式吊索四根索股相距較近存在較強(qiáng)的氣動(dòng)干擾效應(yīng)問題,參照東海某大跨度懸索橋的吊索參數(shù),對騎跨式吊索四圓柱馳振氣動(dòng)干擾效應(yīng)問題進(jìn)行了數(shù)值研究,得到了四圓柱的阻力和升力系數(shù)及其氣動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。然后,對在上游鈍體尾流中的下游鈍體的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:順風(fēng)向上游鈍體在風(fēng)攻角-8°～6