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桥梁典型截面静风系数数值模拟研究

原学明  
【摘要】: 静风荷载是大跨度桥梁的设计荷载之一,不同攻角条件下的静三分力系数是颤抖振分析的必备参数。因此在设计阶段,比较精确地预测桥梁各组成部分所受到的风荷载有着重要的意义。目前常采用的方法是制作一定缩尺比的节段模型,通过风洞试验测定静三分力系数,然后通过相应的公式,计算得到不同风速条件下实桥的静风荷载。然而,风洞试验研究一般都有周期长,费用高,测试设备复杂,流动可视化困难等缺点。 近年来,计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法的发展给风工程研究提供了一种可能替代风洞试验的手段。相对于传统的风洞试验,数值模拟技术具有很多明显的优点:省钱省时,灵活方便,不受物理模型和实验模型的限制等,其突出特点是能够实现流动的可视化,直观地显示了各种情况下的流场特征。 本文采用CFD技术,对桥梁结构构件中的典型截面,如圆形(索,主缆)、矩形(桥墩、桥塔)、流线型(主梁)等截面的静风系数进行了数值模拟研究,具体工作分以下几个方面: (1)研究了不同雷诺数下圆形截面的阻力系数和漩涡脱落对圆形截面阻力系数和升力系数的影响,并对结果进行了分析,给出了对应的流场特征图。 (2)在0°攻角下研究了形状改变对方形截面静风系数的影响,并给出了对应的流场特征图。 (3)基于苏通大桥节段模型主梁截面和金马大桥主梁截面,研究了流线型主梁截面和钝体主梁截面在不同攻角下的静风系数,并与风洞试验结果做了比较,验证了本文采用CFD技术研究主梁截面静风系数的可行性和可靠性。 (4)在0°攻角下研究了风嘴形状对流线型截面静风系数的影响,并给出了对应的流场特征图。 (5)基于某大跨度双幅桥面桥梁主梁截面,研究了双幅桥面桥梁主梁截面在不同攻角下的静风系数变化情况,通过和单幅桥主梁截面的静风系数的比较,证明双幅桥主梁之间存在气动干扰,并给出了相应的流场特征图。


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