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桥下净高对大跨桥梁主梁气动特性的影响

徐进  
【摘要】:大跨度桥梁由于结构形式和地形条件不同可能具有不同的桥下净高。跨河桥梁在雨季和枯水季面临显著的水面涨落,跨海大桥受到气候和洋流等的影响,海面高度也会发生改变,这些因素都能够使得桥梁下部净高产生明显变化。大跨度桥梁结构柔度大,对风的作用敏感,因此这种由于桥下净高变化而产生的对桥梁主梁气动特性的影响在设计时不得不进行考虑。目前对这一问题的研究成果不多,因此本文对此进行研究,具体是通过计算流体动力学(CFD)方法,进行二维数值模拟分析。 首先,对方柱绕流进行了二维数值模拟,以验证本文计算方法的合理性。得到了方柱三分力系数、涡脱斯托罗哈数St、方柱表面风压系数分布和流场特性等结果。计算结果与风洞试验吻合较好,表明本文采用的SSTk湍流模型具有良好的精度。对方柱绕流的雷诺数效应进行数值模拟,结果表明在1.0×103到1.0×105量级内,雷诺数效应不明显。 然后,研究边界条件对矩形截面主梁气动特性的影响。选取宽高比为5的矩形截面主梁为研究对象,对不同桥下净高时,矩形截面主梁的绕流进行二维数值模拟。计算得到了矩形截面主梁三分力系数、涡脱斯托罗哈数St、矩形表面风压系数分布和流场特性等结果。对比各工况结果,定量分析了桥下净高对矩形截面主梁气动特性的具体影响。 最后,研究桥下净高对大跨桥梁主梁气动特性的影响。选取某实桥闭口流线型钢箱梁断面为研究对象,对不同桥下净高下,桥梁主梁气动特性进行了二维数值模拟。计算得到不同桥下净高时,桥梁主梁断面三分力系数、涡脱斯托罗哈数St、桥梁主梁断面表面风压系数分布和流场特性等结果。对比不同桥下净高下的结果,定量分析了桥下净高对大跨桥梁主梁气动特性的具体影响。


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