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大跨悬索桥桥塔尾流场影响区内吊索大幅风致振动的数值模拟
| 论文题名： | 大跨悬索桥桥塔尾流场影响区内吊索大幅风致振动的数值模拟 |
| 关键词： | 悬索桥;气动干扰;桥塔尾流场;风致振动;数值模拟 |
| 摘要： | 悬索桥由于其跨径大，美观轻盈，受力合理而成为大跨度桥梁的首选形式。但靠近桥塔的吊杆长细比很大，自振频率低，风吹过桥塔时沿顺风向发生较大分离，并在尾流形成较大尾流涡街，其尾流场影响区大，下游吊杆可能在这种尾流影响下发生振幅很大的驰振。长此以往，柔性吊杆很容易因振幅过大或相互之间的碰撞而发生破坏。本文通过基于有限体积法的计算流体力学方法，对吊杆在尾流影响下发生风致振动的响应进行研究。 首先为了验证本文所用数值方法的可靠性，对单圆柱的固定绕流和流致振动进行了二维模拟。发现雷诺数较小时得到的气动力特征值与试验结果吻合很好，雷诺数较大时，本文得到的气动力结果比试验略大。这是因为雷诺数较小时流动界面的相关性小，雷诺数较大时，实际流动呈现三维特性，而二维模拟比较规则。对单圆柱的涡致振动在M?ζ=0.0208，Re=100时不同折减风速下进行了模拟，将得到的位移幅值与相同工况下前人的结果进行了比较，结果基本吻合。 其次，对长方形排列四圆柱在没有桥塔尾流影响下的固定绕流和流致振动进行了模拟，发现在α=45°时，四圆柱的横风向位移最大幅值均达到最大值，柱2和柱4的顺风向位移最大幅值也达到了最大值，并且柱4两方向位移最大幅值与单圆柱振动结果相比均有大幅增加，因此认为此时四圆柱间的相互气动影响最为不利。 最后，对吊杆在桥塔尾流影响下的固定绕流和流致振动进行了模拟，对于固定绕流，发现零风向角下吊杆的气动力与单圆柱绕流结果相比有明显减小，此时吊杆升力变化的一阶频率与桥塔漩涡脱落频率完全相同，当来流风向角增大时，后排吊杆出现了升力变化开始由桥塔尾流和自身漩涡脱落共同控制的现象。对于流致振动，发现吊杆的大幅振荡是由于其自振频率与桥塔漩涡脱落频率相近时，在桥塔尾流的激励下，产生了类似于共振现象的沿椭圆形轨道的大幅振动。 |
| 作者： | 荆芃芃 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 陈文礼;李惠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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