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1:6矩形断面涡激共振的模型尺度效应试验研究
| 论文题名： | 1:6矩形断面涡激共振的模型尺度效应试验研究 |
| 关键词： | 大跨度桥梁;矩形断面涡激共振;模型尺度效应;升力系数;CFD模拟 |
| 摘要： | 大跨度桥梁是现代交通系统的重要基础设施，世界正进入超大跨度桥梁建设的时代，而抗风性能是大跨度桥梁设计中关键问题之一。已有抗风设计方法已避免了灾难性的颤振失稳发生，但钢箱梁桥的涡激共振问题是困扰抗风研究的一个重要问题。进行主梁刚性节段缩尺模型的弹性悬挂动力试验是检验主梁涡振性能的常用手段。按风洞尺寸要求，节段模型的缩尺比在1/80~1/20左右。然而，已有的一些风洞试验结果表明，模型缩尺比的不同会造成无量纲振幅有显著差异。其作用机理尚不明确。本文在国家自然科学基金的资助下，以1:6矩形断面对研究对象，对涡激共振的模型尺度效应进行了试验研究，重点讨论模型长宽比对涡振振幅、表面脉动压力及其展向相关性的影响。本论文的主要工作如下： (1)介绍了颤振、驰振，抖振以及涡激振动的基本理论，重点并列举了世界上几个比较著名的桥梁涡激振动实例，同时简述了本文的研究背景和内容。 (2)基于涡激振动的简谐力模型阐述了影响涡振振幅的主要参数，包括脉动升力系数、Strouhal数（St数）、反映阻尼和质量综合效应的Scruton数（Sc数）和涡激力的展向相关性。同时对气动外形、雷诺数、来流湍流等影响上述参数的因素进行了分析。 (3)设计制作了宽高比为6的一个大尺度模型（B=72cm，H=12cm）和两个小尺度模型（B=40cm，H=6.7m）。大尺度模型长1.54m，相应的长宽比为2.14；小尺度模型长分别为1.54m和2.3m，相应的长宽比分别为3.85和5.75。进行了均匀流场中相同Sc数时的节段模型涡激共振测振试验。结果表明，三个试验模型均出现了两个明显的涡激振动区间，第二涡激振动区间的最大振幅大于第一涡激振动区间的最大振幅。且两个小尺度模型的最大无量纲振幅基本相同，大尺度模型最大无量纲振幅约只有两个小尺度模型的最大无量纲振幅的一半。 (4)对三个模型表面压力系数均方差、升力系数均方差以及相同无量纲振幅下的升力展向相关性进行了研究，结果表明 L/B=2.14的大尺度模型的表面压力系数均方差、升力系数均方差及升力展向相关性要明显小于两个小尺度模型（L/B=3.85,L/B=5.75）的表面压力系数均方差、升力系数均方差以及升力展向相关性，同时对振幅以及紊流对于展向相关性的影响也进行了研究。 (5)利用CFD对小尺度短模型进行了二维数值模拟，并与试验结果进行对比，涡振锁定区间与试验结果基本吻合，第二涡激振动区间最大无量纲振幅略有差异。 |
| 作者： | 商东洋 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 华旭刚;郭鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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