復(fù)雜山區(qū)峽谷大跨度鋼桁梁懸索橋風(fēng)致振動及氣動措施.pdf

1、隨著中西部地區(qū)公路交通的進一步發(fā)展，將會有越來越多跨越山區(qū)峽谷的大跨度橋梁出現(xiàn)。大跨度橋梁的抗風(fēng)性能是目前風(fēng)工程領(lǐng)域研究的熱點及難點，而山區(qū)峽谷中復(fù)雜的地形地貌使來流具有特殊性，使橋梁的風(fēng)致振動問題變得更為突出。本文圍繞復(fù)雜來流下大跨度鋼桁梁懸索橋的風(fēng)致振動及氣動優(yōu)化措施，進行了如下研究:
　　首先，發(fā)展了馳振的能量分析方法，通過CFD動網(wǎng)格技術(shù)，計算截面做強迫簡諧振動時氣動力輸入結(jié)構(gòu)的能量大小，從而判斷截面是否具備發(fā)生馳振的可能

2、。針對單方柱截面的馳振，分別通過Den Hartog判據(jù)和能量分析方法判斷了其不穩(wěn)定馳振區(qū)域，并對兩種方法的計算結(jié)果進行了比較。進一步分析了振動頻率、振幅、來流風(fēng)速對氣動力輸入能量的影響，確定了方柱截面馳振的最大振幅及抑制振動所需的最小阻尼比。針對雙圓柱截面的尾流馳振，判斷了下游柱的馳振不穩(wěn)定區(qū)域，從氣動力做功的角度分析了尾流馳振的機理，并討論了圓周運動半徑、頻率及來流風(fēng)速對尾流馳振的影響。
　　然后，針對山區(qū)峽谷的大風(fēng)向角來流，

3、以實際橋塔為對象，通過數(shù)值模擬分析了兩串列帶圓角方柱的非定常繞流。研究了風(fēng)速、風(fēng)向角和間距比對截面氣動力系數(shù)的影響，以及由于上、下游塔柱側(cè)力大小及變化趨勢不同而造成橋塔扭矩增大的效應(yīng)。進一步研究了不同來流風(fēng)速、風(fēng)向角下，橋塔尾流對塔周長吊索氣動特性的干擾。通過對流場特征及吊索氣動力的變化規(guī)律進行分析，研究了橋塔尾流作用下塔周長吊索發(fā)生渦振的可能性。結(jié)合能量分析方法，研究了橋塔尾流作用下塔周長吊索發(fā)生尾流馳振的可能性。通過風(fēng)洞試驗重現(xiàn)了橋

4、塔尾流致塔周長吊索振動的現(xiàn)象，并討論了吊索振動軌跡的特點。
　　針對山區(qū)峽谷的大風(fēng)攻角來流，以具有理想平板斷面的簡支梁橋為對象，通過數(shù)值模擬研究了不同風(fēng)攻角下結(jié)構(gòu)顫振形態(tài)的變化，從氣動力輸入能量的角度對機理做了解釋，并進一步分析了大風(fēng)攻角下中央開槽和中央穩(wěn)定板對顫振穩(wěn)定性的作用及其機理。
　　針對山區(qū)峽谷的非均勻來流，通過ANSYS軟件實現(xiàn)了非均勻來流下橋梁的三維顫振分析。分別考慮來流風(fēng)攻角、來流風(fēng)速沿橋跨方向的非均勻分布，

5、在明確非均勻來流是否會降低橋梁結(jié)構(gòu)的顫振穩(wěn)定性之后，進一步研究了非均勻來流作用位置和作用范圍對橋梁顫振性能的影響。
　　最后，通過節(jié)段模型風(fēng)洞試驗研究了某大跨度鋼桁梁懸索橋的顫振性能。在確定大風(fēng)攻角下節(jié)段模型試驗裝置振動方向與實際橋梁振動方向的差異對顫振臨界風(fēng)速試驗結(jié)果的影響后，針對中央開槽和中央穩(wěn)定板這兩種氣動措施進行了優(yōu)化對比，提出了綜合氣動優(yōu)化措施方案，并建立了CFD簡化板桁模型進一步分析了該措施的機理及其對橋面車道風(fēng)環(huán)境的

6、影響。
　　結(jié)果表明:能量分析方法的結(jié)果與經(jīng)典研究較為吻合，能夠用于評判截面的馳振、尾流馳振以及顫振。在相當(dāng)大的風(fēng)向角范圍內(nèi)，橋塔脫落的漩渦會對塔周長吊索的氣動特性產(chǎn)生非常大的影響。吊索會沿順橋向及橫橋向發(fā)生振動，當(dāng)橋塔的漩渦脫落頻率接近吊索的自振頻率時，其振幅將達到最大。大風(fēng)攻角來流下，中央開槽會使已經(jīng)出現(xiàn)鈍體性質(zhì)的平板進一步表現(xiàn)出鈍體的性質(zhì)，不利于結(jié)構(gòu)的顫振穩(wěn)定性;中央穩(wěn)定板如果與平板迎風(fēng)端形成的漩渦位于同一側(cè)，將通過阻礙漩渦