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圆柱绕流及某斜拉桥拉索的尾流驰振分析
| 论文题名： | 圆柱绕流及某斜拉桥拉索的尾流驰振分析 |
| 关键词： | 斜拉桥;风致振动;圆柱绕流;尾流驰振;数值模拟 |
| 摘要： | 斜拉桥因跨度大、造型美观，在现代桥梁建设中已成为广泛选用的桥型，其拉索由于柔度大、质量轻、阻尼低，易在移动车辆荷载和风荷载的激励作用下发生振动响应，危及桥梁安全。随着斜拉桥跨度的增大，风致振动日益引起桥梁工作者的关注，成为热点研究问题。 桥梁风致振动问题本质上是钝体的绕流问题。本文采用CFD数值模拟的方法分别研究了拉索直径圆柱在低风速层流和高风速湍流下单圆柱、双圆柱绕流的相关流动特性，并对某斜拉桥拉索进行了尾流驰振分析，对其他同类型桥梁给出了设计建议。主要内容如下: 1.综述了圆柱绕流和尾流驰振等风振现象已有的研究成果和研究方法，阐述了本文的研究方法和研究思路。 2.通过ANSYS Fluent软件，采用二维流场模型，对斜拉桥拉索直径圆柱在低风速层流和高风速湍流下的单圆柱绕流问题进行了数值模拟，阐述了低风速小雷诺数层流下单圆柱绕流的流动特点，分析了拉索启动参数与流体雷诺数的变化关系。 3.以某斜拉桥的拉索为研究对象，开展了低风速小雷诺数层流下双圆柱并列绕流和串列绕流的流动特性研究，获得了双圆柱串列绕流和并列绕流的临界间距。双圆柱串列绕流中，在临界间距之前，上游圆柱不发生漩涡的脱落，在临界间距之后上游圆柱才会发生漩涡的脱落，在临界间距处升阻力系数，斯脱罗哈数等都会产生“阶跃式”的突增;并列绕流时也存在一个临界间距，小于临界间距流动会产生“双尾流偏流现象”，大于临界间距，流动独立对称反相。 4.以某斜拉桥的拉索为研究对象，开展了高风速大雷诺数湍流下双圆柱并列绕流和串列绕流的流动特性研究，在此研究基础上该斜拉桥中间拉索进行了大涡模拟，通过邓哈托格(Den Hartog)判据判定了下游拉索产生尾流驰振的可能性较大，并获得了该拉索的起振风速为3.767m/s，因此建议设置阻尼器提高其阻尼比从而提高起振风速降低发生尾流驰振的概率，另外还可以通过在拉索间设置连接杆来提高起振风速，对桥梁设计和桥梁拉索的保护起到了一定的指导意义。 |
| 作者： | 苏波 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 段志东;吕世友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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