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采用CFD方法的钝体桥梁断面风阻系数研究
| 论文题名： | 采用CFD方法的钝体桥梁断面风阻系数研究 |
| 关键词： | 桥梁抗风;三分力系数;钝体断面;数值模拟 |
| 摘要： | 随着现代桥梁建设技术的不断提高，桥梁的跨径越来越大，桥梁主梁所在的海拔也越来越高，风荷载对主梁的影响也越来越大。因此，桥梁所受到风灾害也越来越多，风荷载已经成为现代桥梁设计控制荷载之一。在桥梁抗风研究中，三分力系数是影响桥梁抗风分析精度的重要参数。迄今为止，测试桥梁气动稳定的最根本的方法仍然是风洞试验。但这种实验研究一般具有周期长、费用高、测试设备复杂和流动可视化困难等不足之处。计算流体动力学的发展给风工程研究提供了一种可能替代物理风洞试验的手段，即数值模拟。在短期内，由于受客观条件的限制，还不可能完全用计算流体力学全过程仿真和替代全桥风洞试验。但在现有条件下，不但可以用计算流体力学技术模拟部分物理风洞试验，为理论分析提供参数和理论分析方法，而且还可以用计算流体力学技术实现流场的可视化。 本文首先介绍了流体力学的基本知识，包括控制方程、常用的有限差分理论等。以矩形钝体断面为例，应用计算流体力学中常用的标准k-ε和SST两种湍流模型，模拟不同攻角下矩形断面的三分力系数，再将数值模拟的计算结果与试验值进行对比，给出矩形断面周围流场的压强与速度分布云图。选取更适合矩形断面数值模拟的方法。对比结果显示，在小攻角范围内，用SST湍流模型数值模拟的结果与风洞试验值吻合的比较好，同时进一步验证了计算流体力学能够较为精确的数值模拟桥梁断面的三分力系数以及显示流体流动方面的优越性。 为了进一步研究计算流体力学在桥梁钝体断面三分力系数研究的精确度，本文进一步分析了扁平矩形截面在不同攻角下的三分力系数，并与风洞试验值进行比较，进一步验证了标准SST湍流模型在模拟矩形断面的精确性。在此基础上，以马岭河大桥为背景，分析了断面的三分力系数及周围流场的压强与速度分布，同时分析了双拱肋断面的三分力系数和流场特征。比较了阻力系数数值模拟值与规范推荐值的差异性，提取了升力矩系数的经验公式，为桥梁抗风设计提供理论参考。 |
| 作者： | 陈廷君 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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