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原文传递高墩大跨曲线连续刚构桥静风系数的数值模拟研究

论文题名：	高墩大跨曲线连续刚构桥静风系数的数值模拟研究
关键词：	高墩大跨曲线刚构桥;三分力系数;计算流体力学;FLUENT软件;并行计算
摘要：	近年来，我国科学技术和交通事业的蓬勃发展有目共睹。高墩大跨连续刚构桥也因此被广泛应用，并且逐步向大跨、轻柔、超高墩、结构异形等方向发展。桥梁的抗风性能作为桥梁设计和使用过程的重要考量指标很值得深入探讨。　　我国现有的《公路桥梁抗风设计规范》中仅对直线单幅桥面桥梁的三分力系数做了说明，同时国内对曲线连续刚构桥的抗风研究也比较少。有鉴于此，本文结合古龙山特大桥实际案例和CFD方法对曲线箱梁的三分力系数影响做了相关研究。同时，高性能计算机集群和并行计算是目前降低数值模拟时间的有效方案，所以本文也基于工程流变学湖南省重点实验室计算机集群和FLUENT软件对桥梁风场开展了并行计算研究，探讨了桥梁风场大规模并行计算中网格数、核数等因素对并行效率、加速比的影响，以及网格数与核心数之间的最佳匹配关系。具体包含以下几方面的工作: 　　(1)介绍了高墩大跨曲线刚构桥在国内的发展，综述了计算流体力学(CFD)方法在桥梁风场研究方面的成果。　　(2)基于Linux版本FLUENT软件，选取山店江大桥跨中断面三分力系数作为数值模拟验证方案进行了数值模拟计算，计算结果与参考文献中的实验数据较吻合，再次验证了CFD方法在桥梁风场方面研究的可行性。　　(3)针对本文研究案例古龙山特大桥，展开了箱梁断面三分力系数和流场的二维数值模拟研究。探讨了箱梁断面三分力系数和流场随风速、风攻角、梁高等因素变化的影响。计算结果表明:风速的变化对升力系数的影响较明显，具体表现为，随着风速的增加，升力系数逐渐增大;阻力系数、力矩系数随风速的变化幅度较小。风攻角的变化对升力系数的影响较明显，当风速10m/s时升力系数最大值出现在0度攻角处，同时向正负攻角两侧递减。攻角的变化对阻力系数和力矩系数影响较小。随着箱梁高度增加，流场越趋复杂，细节越丰富。　　(4)建立了古龙山大桥箱梁三维数值模拟模型，研究了直线箱梁在三维情况下三分力系数随风速变化的影响以及曲线箱梁在三维情况下三分力系数和流场随箱梁曲率变化的影响。计算结果表明:阻力系数随曲率半径增大而缓慢减小，升力系数与力矩系数随曲率半径增大而缓慢增大，总的来说曲率变化对三分力系数的绝对值影响较小。　　(5)基于工程流变学湖南省重点实验室DELL计算机集群和FLUENT平台，在LINUX环境下建立了桥梁风场三维数值模拟系统，研究探讨了桥梁风场大规模并行计算中网格数、核数等因素对并行效率、加速比的影响，以及网格数与核心数之间的最佳匹配关系。计算结果表明:计算时间随着网格规模的增大而增大，基本呈线性关系。在一定核数范围内，随着核数的增多，计算时间较少特别显著，而当核数超过一定范围时，计算时间的减少随核数的增多不是很明显。在本文的数值模拟当中，较佳的核数范围在2-6个之间。
作者：	周志鹏
专业：	建筑与土木工程
导师：	蒋光彪;汪盛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中南林业科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文