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斜腹板倾角对桥梁气动稳定性影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 斜腹板倾角对桥梁气动稳定性影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | 流线型箱梁桥;桥梁振动;气动力特性;斜腹板倾角;数值模拟 |
| 摘要： | 自从1966年流线型箱梁被应用于英国的赛文桥以来，它就以较高的扭转刚度、优越的气动力特性和经济性而被桥梁设计者们广泛采用。我国近几十年来建造的大部分大跨度桥梁主梁都采用了流线型箱梁的形式。与传统的大跨度桁架桥梁类似，颤振稳定性仍是设计中要考虑的重要问题，而另一个挑战就是涡激振动，这也是箱梁断面的固有特性之一。 从空气动力学的角度看，流线型箱梁截面仍属于钝体，会导致气流分离。箱梁的斜腹板的倾角越小，越趋近于平板，气动力特性就越好。然而过小的倾角会导致其他的问题，如一些附属构件和设备的安装。对南京四桥和其他一些大跨度流线型箱梁桥的风洞试验表明，颤振临界风速会在斜腹板倾角小于16°时明显提高。 本文以南京四桥为工程背景，以1∶20的几何缩尺比构建计算模型。用数值模拟的方法研究了桥梁截面斜腹板倾角对气动稳定性的影响及其抑制涡激振动的机理。共研究了16种不同的倾角，分别为:12°～21°、23°、25°、35°、45°、75°和90°。本文研究的主要内容有: (1)用二维N-S方程和SSTk-ω湍流模型，采用定常算法进行三分力计算，研究不同倾角对三分力的影响。研究结果表明，倾角的改变对阻力和升力系数影响较大，而对扭矩系数影响不明显。且倾角越小，气动力特性越好。 (2)用强迫振动法对颤振性能进行模拟计算，假设结构分别做纯竖向和纯扭转振动并记录升力和扭矩时程曲线，然后用最小二乘法拟合得到8个颤振导数。结果显示:当斜腹板倾角为17°时，颤振导数H1*和A2*出现最小值。颤振稳定性在倾角为17°时会大大提高。 (3)用二维大涡模拟的方法进行涡激振动的分析，通过UDF编程实现结构与流体的耦合。结果表明:当斜腹板倾角小于17°时，会抑制斜腹板后方大尺度漩涡的产生，从而有效减小涡激共振的可能性。 |
| 作者： | 于舰涵 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李明水 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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