深圳南山大桥抗风颤振特性数值模拟研究

【摘要】：随着计算机技术的迅猛发展,以及计算流体力学方法(CFD)不断的成熟,桥梁工程抗风领域里越来越多的运用计算流体力学方法分析桥梁结构的抗风特性。区别于风洞试验的方法,CFD方法更加方便简洁:它计算效率高,不需要大量的人力、物力,运行周期短,能够重复验算多种设计方案,已经成为一种重要的抗风研究手段。尤其能对工程前期的设计提供有力的验证信息这一点来说,发展前景非常要好。本课题采用CFD数值模拟方法来分析深圳南山桥主梁风致颤振特性。这一研究内容包含了桥梁断面二维绕流场的模拟、颤振理论选用、颤振导数推算、颤振临界风速计算、双幅桥气动干扰效应研究等方面。 首先,本文是以Scanlan颤振导数理论为基础模拟桥梁断面颤振特性。采用计算流体力学方法,运用Fluent前期处理Gambit软件的混合网格算法对桥梁断面进行了网格划分,用其动网格技术实现强迫振动。湍流模型是带旋修正的k ? ?模型。最后选用PISO数值方法进行了迭代。提取的时程数据分别采用强迫振动时域识别法和频域识别法处理,并求颤振导数。运用上述方法计算理想薄平板的颤振导数,结果表明本文方法与理论解有很好的一致性。 其次,采用上述数值模拟方法,计算深圳南山大桥主梁单幅桥结构断面的颤振导数及颤振临界风速,并将计算结果分析比较,对桥梁前期的设计提供了有效的验证信息。 最后,针对南山大桥特殊结构,考虑双幅桥梁上、下游桥面相互之间气动干扰的影响:假定在一侧单幅桥断面刚性,静止的条件下计算另一侧单幅桥断面的颤振特性,同时对另外一幅桥做同样的模拟。进而发现桥梁双幅桥结构对桥梁抗风颤振特性有较大的影响;双幅结构桥梁断面颤振临界风速会比单幅结构桥梁颤振临界风速有所减少;上游桥面颤振临界风速比下游桥面有所降低。