对考虑流体-结构耦合作用的大跨度栈桥结构的风致动力响应

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1、科研开发考虑流体－结构耦合作用的大跨度栈桥结构的风致动力响应刘艳刘建波刘志伟张春鹏（山东电力工程咨询院有限公司，济南２５００１３）摘要：采用ＡＤＩＮＡ有限元软件对某大跨度栈桥结构进行了流体－结构耦合数值模拟计算，得出该类结构的风致动力响应特性。研究了流场速度、压力，结构的位移、等效应力以及风振系数和风压分布系数。关键词：大跨度栈桥结构；流体－结构耦合作用；风致动力响应；风振系数；体型系数ＷＩＮＤ－ＩＮＤＵＣＥＤＤＹＮＡＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＯＦＬＯＮＧ－ＳＰＡＮＣＯＮＶＥＹＯＲＧＡＬＬＥＲＹＳＴＲＵＣＴＵＲＥＣＯＮ

2、ＳＩＤＥＲＩＮＧＦＬＵＩＤ－ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＬｉｕＹａｎＬｉｕＪｉａｎｂｏＬｉｕＺｈｉｗｅｉＺｈａｎｇＣｈｕｎｐｅｎｇ（ＳｈａｎｄｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｊｉｎａｎ２５００１３，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａｌｏｎｇ－ｓｐａｎｃｏｎｖｅｙｏｒｇａｌｌｅｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＦＳＩ）ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｗ

3、ｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｕｓｉｎｇＡＤＩＮＡｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｈｅｆｌｏｗｄｏｍａｉｎａｎｄｔｙｐｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｃｈａｓｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄｄｙｎａｍｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｒｅ

4、ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｌｏｎｇ－ｓｐａｎｃｏｎｖｅｙｏｒｇａｌｌｅｒｙ；ｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＦＳＩ）；ｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｗｉｎｄ－ｉｎｄｕｃｅｄｄｙｎａｍｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ｓｈａｐｅ）ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ１概述及道路。故采用大跨度特种结构方案，设计难度很大跨度栈桥结构体系跨度大、轻、柔，对风的作高。２、３号栈桥为单皮带输煤栈桥，总长约２３０ｍ，用更敏感。风荷载产生的升力、推力或扭转力矩导宽４．

5、４ｍ。栈桥中间设驱动间和拉紧间，桥体主要致结构产生的弯曲或扭转问题也更加突出。对结构采用钢桁架结构，如图１所示。整个结构由几个单设计人员来说，栈桥结构设计时，风荷载的取值一直元组成，其中圆形煤场与驱动间之间的栈桥总长是个令人困扰的问题。现行的ＧＢ５０００９－２００１《建１２９．７ｍ，最高处４４．４７ｍ，坡度为７°，其支柱为灯笼筑结构荷载规范》对栈桥结构的风荷载没有明确的柱。工程抗震设防烈度为７度，构造措施按８度设规定。而实际工程中，设计者往往由于设计依据不防，基本风压０．４ｋＮ／ｍ２，场地土类别为Ⅱ类。足而很难选取

6、合适的风振系数，大多沿用高层或高２．１结构建模耸结构设计规范或任意采用一个很保守的值来设定栈桥的结构形式如图２所示，栈桥表面覆盖压风振系数，这样进行大跨度栈桥风振响应分析显然型钢板，弹性模量Ｅ＝２．０７×１０５ＭＰａ，密度ρ＝是不合理的。本文基于ＡＤＩＮＡ有限元软件，通过３，泊松比ν＝０．３，厚度为０．５３ｍｍ。７８５０ｋｇ／ｍ对某大跨度栈桥结构进行流体－结构耦合数值模有限元模型中，材料各向同性，考虑几何非线性。屋拟，得出这类结构的风致动力响应，可供实际工程参面采用Ｓｈｅｌｌ单元进行网格划分，并将其设置为流考。体－

7、结构耦合面。２．２流体建模２工程概况根据结构尺寸，计算流域取为１０５０ｍ×华能白杨河电厂采用２×３００ＭＷ级以大代小３１７．７ｍ×２１４ｍ，屋面中心距离流场入口１１８ｍ。供热机组，其储煤场首次采用封闭式圆煤仓。由于第一作者：刘艳，女，１９８２年出生，硕士，助理工程师。老厂改造，场地受限，圆煤仓布置于防洪河道对面，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｙａｎａ＠ｓｄｅｐｃｉ．ｃｏｍ导致进出圆煤仓的２、３号输煤栈桥跨越白杨河河道收稿日期：２０１０－０５－１０２０钢结构２０１０年第９期第２５卷总第１３７期刘艳，等：考虑流体－结构耦合作用的大

8、跨度栈桥结构的风致动力响应采用８结点六面体Ｆｃｂｉ－Ｃ流体单元对流域进行网模型中流体（空气）质量密度取为１．２９ｋｇ／ｍ３，黏度格划分，越靠近结构，网格越密，如图３所示。计算－５μ＝１．７４×１０ｋｇ／（ｍ·ｓ）。图１进出煤仓的栈桥示意图２结构模型ａ－流场透视；ｂ－流场网格图３流场模型流场为紊流场，雷诺数约为１．８２×１０８。湍流２．３湍流模型及边界条件当地