分离式双箱梁涡激振动性能及流场研究

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1、国内图书分类号：U448密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文分离式双箱梁涡激振动性能及流场研究（国家自然科学基金资助项目：51778545）年级二〇一五级姓名王健申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师马存明副教授二零一八年四月ClassifiedIndex:U448U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisVORTEX-INDUCEDVIBRATIONPERFORMANCEANDFLOWFIELDOFTWIN-BOXGIRDERGrade:Ci

2、vilEngineering2015Candidate:WangJianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.MaCunmingApr,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要与传统整体式箱梁相比，分离式双箱梁颤振稳定性优越，颤振临界风速高，得到越来越广泛的应用。然而，由于增加了中央开槽，使双箱梁周围流场更加复杂，涡激振动性能变差，影响行车舒适性甚至导致双箱梁疲劳性能变

3、差，因此有必要对双箱梁涡振性能进行研究。本文基于节段模型风洞试验和粒子成像技术，以某大跨度悬索桥为研究对象，研究了分离式双箱梁的涡激振动性能、涡激振动抑制措施以及双箱梁的绕流场特性。首先，对几何缩尺比为1：70的弹性节段模型进行风洞试验，测量了双箱梁模型在0°、±3°、±5°五个攻角下的涡激振动响应，得到双箱梁涡振振幅随风速的变化规律，确定双箱梁模型发生涡振时的风速锁定区间以及振幅，发现分离式双箱梁存在显著的涡振。其次，对双箱梁模型施加一系列抑振措施，并且测量其涡振响应，确定涡振抑制措施的有效性。通过一系列试验研究，发现在双箱梁中央开槽处

4、设置格栅可以有效的抑制双箱梁的涡激振动，但是抑振效果取决于格栅的设计参数。第三，系统研究了格栅设计参数（空隙比、条宽比、格栅类型、安装位置）对涡激振动抑制效果的影响，研究发现随着空隙比的增加，双箱梁涡振的峰值振幅先减小后增大，存在最佳的空隙比范围使格栅的抑振效果最佳，最佳空隙比范围为42%-67%，此时双箱梁的竖向涡振被完全抑制。存在最佳条宽比范围，使格栅抑振效果最佳，最佳条宽比范围为0.084-0.167。格栅板均匀布置比非均匀布置抑振效果更佳出色，格栅安装在双箱梁中央间隙的上侧比安装在下侧抑制涡激振动的效果更好。第四，通过粒子成像技术

5、测量双箱梁模型周围的流场信息，研究了安装格栅对双箱梁绕流场的影响，揭示了格栅抑制双箱梁涡激振动的机理。双箱梁涡激振动的主要原因与上游箱梁尾部大尺度的涡旋密切相关。通过适当选择栅格板的设计参数可以消除这种大尺度涡旋的产生，从而抑制主梁的涡激振动。关键词:分离式双箱梁；涡激振动；抑振措施；PIV西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractComparedwiththetraditionalmonolithicboxgirder,theflutteringstabilityoftheseparatedtwin-boxgirderiss

6、uperior,andthecriticalwindspeedoftheflutterishigher,whichhasbeenmoreandmorewidelyused.However,duetotheincreaseofthecentralslot,theflowfieldaroundthetwin-boxgirderismorecomplicatedandthevortex-inducedvibrationperformancedeteriorates,whichaffectsthedrivingcomfortandevenlead

7、stothedeteriorationofthefatigueperformance.Therefore,itisnecessarytostudythevortexvibrationperformanceoftwin-boxgirder.research.Basedonwindtunneltestandparticleimagingtechnology,thispapertakesalargespansuspensionbridgeastheresearchobjectandstudiesthevortex-inducedvibratio

8、nperformance,vortex-inducedvibrationsuppression,andtheflowfieldcharacteristicsofthetwin-boxgirde