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大跨度双幅桥面桥梁气动干扰研究
| 论文题名： | 大跨度双幅桥面桥梁气动干扰研究 |
| 关键词： | 大跨双幅桥面;桥面静风荷载;桥梁气动干扰;涡激振动;颤振稳定性;风洞试验 |
| 摘要： | 为了适应日益增长的交通量要求,高速公路桥梁主梁常设计为彼此分离且相互平行的双幅桥面。由于净间距不大,双幅桥面之间存在气动干扰。由气动干扰引起的双幅桥面静风荷载、涡激振动及颤振稳定性等与单幅桥面相比存在一定差别。气动干扰是大跨度双幅桥面桥梁抗风设计最为关注的问题之一。 本文首先详细综述了大跨度双幅桥面桥梁气动干扰研究现状,然后采用风洞试验和数值计算两种手段,针对三种典型断面(矩形断面、Π形断面和流线形断面),并结合一些实际桥梁模型,对大跨度双幅桥面桥梁气动干扰进行了系统研究。本文的主要工作如下: 1.建立了双幅桥面气动干扰的定量分析方法。定义干扰因子为双幅桥面的静力系数、最大涡振振幅或颤振临界风速与单幅桥面的对应结果之比。干扰因子小于1,表示气动干扰为减小效应；干扰因子大于1,表示气动干扰为增大效应。通过均匀流场典型断面气动干扰的风洞试验和数值计算研究,拟合了典型断面的干扰因子公式。若干实际桥梁模型的风洞试验结果表明,干扰因子公式具有一定的适用性。 2.均匀流场典型断面的气动干扰规律主要体现在以下几方面:(1)静力系数气动干扰主要表现为遮挡作用,下游断面的阻力系数均值小于单幅断面结果。与流线形断面相比,钝体断面(矩形断面和n形断面)的遮挡作用更明显。(2)上下游钝体断面的涡振振幅在较小间距时大于单幅断面结果；上游流线形断面的涡振振幅与单幅断面结果大体接近；下游流线形断面的涡振振幅在较小间距时大于单幅断面结果。(3)双幅钝体断面的颤振临界风速在D/B＜1(D为双幅断面的净间距,B为单幅断面宽度)时低于单幅断面结果,在D/B=1时略高于单幅断面结果；双幅流线形断面的颤振临界风速低于单幅断面结果,净间距越小,降低幅度越大。 3.通过格栅紊流场风洞试验对比研究了紊流强度对单、双幅典型断面涡激振动和颤振稳定性的影响。双幅Π形断面的竖向涡激振动气动干扰随着紊流强度的增大逐渐增强；双幅流线形断面的竖向涡激振动气动干扰受紊流强度的影响较小。双幅Π形断面的颤振稳定性气动干扰随着紊流强度的增大逐渐减弱；双幅流线形断面的颤振稳定性气动干扰在较小间距时随着紊流强度的增大逐渐减弱,在较大间距时受紊流强度的影响较小。 4.针对雷诺平均模拟方法和大涡模拟方法研究紊流场桥梁断面气动性能的不足,利用直接数值模拟程序DNSUTA进行了平板边界层流动的数值计算,这为直接数值模拟方法在紊流场桥梁断面抗风研究中的应用作了有益的初步探索。 |
| 作者： | 刘小兵 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈政清 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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