基于FLUENT的大跨度雙幅橋面橋梁氣動(dòng)干擾性能研究.pdf

1、為了增加橋梁結(jié)構(gòu)的車輛通行能力,通?？梢詫蛄涸O(shè)計(jì)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(duì)后者雙幅橋面橋梁的氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行研究。在工程實(shí)踐中,雙幅橋面橋梁主要有以下兩大類:1)橋梁新建時(shí)將主梁設(shè)計(jì)成平行且相互獨(dú)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(dòng)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(yīng)及上下游橋面風(fēng)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(dòng)干擾效應(yīng)”。隨著橋梁跨度的增加,雙幅橋面橋梁主梁之間的氣動(dòng)干擾將不容忽視,是這類橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)最為關(guān)注的問(wèn)題之一。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50608030)為依托,采用大型計(jì)算流體力學(xué)商業(yè)軟件Fluent對(duì)大跨度雙幅橋面橋梁氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,重點(diǎn)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(dòng)的氣動(dòng)干擾效應(yīng)。論文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)首先采用k-ωSST紊流模型對(duì)單幅固定矩形斷面進(jìn)行繞流數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬結(jié)果與單矩形斷面風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,以檢驗(yàn)本文數(shù)值模擬方法的精度；其次,在此基礎(chǔ)上對(duì)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(jìn)行數(shù)值模擬。最后引入干擾因子概念針對(duì)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(dòng)干擾效應(yīng)隨間距的變化規(guī)律。
　　 (2)采用計(jì)算流體力學(xué)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(yùn)動(dòng)區(qū)域+動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域+靜止網(wǎng)格區(qū)域”的分塊方法建立計(jì)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(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),并結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)建立了鈍體結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法,并針對(duì)寬高比分別為B/H=4、5的矩形斷面進(jìn)行了不同風(fēng)速條件下的渦激振動(dòng)

5、數(shù)值模擬,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　 (3)采用本文第四章建立的鈍體結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法,對(duì)間距比分別為D/B=0.5、1.0時(shí)串列雙幅矩形斷面的渦激振動(dòng)響應(yīng)氣動(dòng)干擾效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬；并將數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較?？傮w來(lái)說(shuō),雙幅斷面的起振風(fēng)速被稍微滯后,但是由于近距離的相互干擾效應(yīng)雙幅斷面工況下的振幅卻加大了,這一數(shù)值結(jié)果同實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相吻合的,表明了雙幅斷面的干擾效應(yīng)的影響,在此間距比下不可忽略。<