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大跨度悬索桥涡振数值模拟及气动控制措施优化
| 论文题名： | 大跨度悬索桥涡振数值模拟及气动控制措施优化 |
| 关键词： | 悬索桥;数值模拟;流线型箱梁;涡振模拟;气动外形优化 |
| 摘要： | 随着社会经济水平的发展以及“一带一路”、“交通强国”等国家重大战略的推进，大跨度桥梁的建设日趋增多，桥梁跨度不断攀升，风敏感性加剧，临时维护措施不当使用所诱发的涡振事件屡见报道。因此，在关注在役桥梁运营期涡振性能时，也应兼顾临时维护措施（如水马）对其涡振性能的影响。近年来，计算流体力学技术的快速发展为其在桥梁涡振数值模拟研究领域提供了广泛的应用前景。本文以我国首座主跨超千米的悬索桥——江阴大桥为背景，开展了大跨度悬索桥运维期涡振数值模拟及气动控制措施优化研究。主要内容包括： （1）1:4矩形断面涡振数值模拟与分析。考虑1:4矩形断面与主梁的相似性，开展了基于CFD的矩形断面涡振性能数值模拟。分别采用动网格和嵌套网格技术开展数值计算，并从涡振响应、绕流特征两个角度对比了两种网格处理技术的区别。通过涡脱频率、斯托罗哈数、分离泡的尺寸及位置等主要参数，分析了嵌套网格的优势及特点，并采用风洞试验及第三方数值模拟结果对其进行校核。 （2）流线型箱梁运维期涡振数值模拟与分析。建立了江阴大桥流线型箱梁的嵌套网格模型，从嵌套区域形状、不同区域网格尺度以及时间步长等方面开展了箱梁气动参数敏感性分析，并以风洞试验结果验证了数值模型的准确性。考虑临时养护采用的水马对主梁气动外形的改变，开展了附加水马的流线型箱梁涡振数值模拟研究，分析了涡振峰值及锁定区间等特性。在此基础上，研究了缩尺比、阻尼比对涡振响应的影响。 （3）水马位置及特征参数对流线型箱梁涡振性能的影响。考虑水马布设对主梁对称性的影响，分析了布设位置、布设边距以及水马高度等参数对主梁涡振性能的影响。同时，研究了主梁竖向及扭转涡振发生时的表面风压分布及变化。基于第二代涡识别方法Q准则，刻画了涡旋的发展过程，从而揭示了水马位置及特征参数对主涡分布和尾涡脱落模式的影响。 （4）面向悬索桥运维期的水马气动外形优化。针对悬索桥运维管养采用的水马，研究了增设透风孔的水马对主梁涡振性能的影响。考虑表面压力及涡量，分析了透风孔尺寸、形状及位置等参数对涡旋发展过程的影响。通过不断调整透风孔的气动外形，探究不同透风孔形式对附加水马流线型箱梁涡振性能的影响。据此，提出了大跨度悬索桥运维期水马气动外形的优化方案。 |
| 作者： | 贾怀喆 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王浩;陶天友;张宇峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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