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断面细节对近流线型箱梁气动力特性的影响研究
| 论文题名： | 断面细节对近流线型箱梁气动力特性的影响研究 |
| 关键词： | 大跨悬索桥;箱梁结构;涡激振动;应力分析 |
| 摘要： | 近流线型的宽体式扁平钢箱梁近年来被广泛应用于大跨径悬索桥，大大缓解了交通压力，成为公路桥梁发展的新趋势。本文基于国家自然科学基金面上项目“三峡库区跨江桥梁宽体式扁平钢箱梁气动特性及风致振动研宄”（项目号：51578098)，研宄了主梁高宽比达1/12的近流线型箱梁的气动静力系数与涡激振动特性。首先进行了1:60节段模型测力试验，获取了各工况在-12°?+12°攻角下的静力三分力系数。在CFD工程软件Huent15.0中对代表工况进行二维稳态求解，通过对比各工况静态绕流场的差异，归纳出气动静力系数随断面细节变化的微观机理。然后进行了同比例模型的涡振试验，检验各工况是否发生涡激振动，并记录竖弯、扭转涡振的起振风速、锁定区间及最大振幅，并对振幅时程进行快速傅里叶变换（FFT)得到其频谱。编制两自由度的UDF程序以Newmark-β法求解竖向、扭转响应，结合动网格技术，在Huent15.0中对代表性工况的涡振响应进行了二维瞬态求解。通过对比尾流涡脱形态，结合频谱分析，对断面细节影响涡激振动特性的机理进行阐述。 本研究主要内容包括：⑴攻角对静力三分力系数的影响取决于于流动分离位置与强度的变化。攻角对涡振性能的影响机理在于竖弯、扭转基频的卓越程度及尾流涡脱形态的转捩。⑵研究了护栏透风率对静力三分力系数与涡振特性的影响；护栏透风率对三分力系数的影响机理在于流动分离点、再附点的移动及正压、负压区范围的变化，且正、负攻角下的影响情况存在差异。另一方面，竖弯、扭转涡振响应均随护栏透风率的减小而加强，前者由尾流涡脱逐渐形成“2S”形态所致，后者由迎风端与断面中部的上/下两对漩涡快速发展所致。⑶研究了人行护栏位置对涡振特性的影响；随人行护栏内移，竖弯涡振响应降低，扭转涡振响应加强；前者由尾流涡脱从“2S”退化为“S”形态所致，后者由上表面迎风端漩涡的快速发展引起。⑷研究了检修车轨道位置对静力三分力系数与涡振特性的影响；随检修车轨道内移，三分力系数在正攻角下降低，在负攻角下无显著波动。另一方面，竖弯、扭转涡振响应均随检修车轨道的内移而降低，前者由尾流涡脱削弱所致，后者受制于下表面迎风端涡脱的削弱。⑸研究了桥面粗糙度对静力三分力系数与涡振特性的影响；桥面粗糙度对三分力系数的影响机理在于流动分离范围及表面压力的变化，且正、负攻角下的影响情况存在差异。另一方面，随桥面粗糙度的提高，断面的竖向、扭转基频均出现微小波动，大攻角下的竖向、扭转涡振响应均降低，小攻角与负攻角下的竖向、扭转涡振响应均升高。 |
| 作者： | 吴波 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张亮亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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