对超大跨度悬索桥扁平单箱主梁气动特性cfd分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第4期西南公路XINANGONGLU超大跨度悬索桥扁平单箱主梁气动特性CFD分析李永乐安伟胜李翠娟强士中(西南交通大学桥梁工程系成都610031)【摘要】社会文化经济的快速发展和交融以及现代科技的不断进步，极大促进了超大跨度悬索桥的发展。但随着桥梁长度的加大，其抗风性能成为其安全性的关键影响因素。基于某主跨3500超大跨悬索桥方案，对其扁平单箱主梁气动特性进行了CFD模拟计算分析。分析结果表明，该扁平箱梁型式与平板的气动性能相似，并具有自身特有的气动特性。【关键词】悬索桥；气动特性；CFD；数值模拟

2、【中图分类号】U443.35【文献标识码】A21世纪以来，随着社会经济的飞速发展以及目前桥梁气动参数的的获取主要有现场实测、风洞试验国内外文化交流的日益频繁，地区间、国家间的和数值模拟三种方法。现场实测是最为直接的研究方交通需求不断提高，桥梁工程的建设需求也逐步法，但通常应用在已建桥梁，对于待建桥梁无法预测其由跨越大江大河、河口宽阔水域向跨越海峡、海各种可能的气动特性。风洞试验能够得到相对真实可靠洋等更广阔的水域发展。国民经济的发展、新材的桥梁气动参数，但要投入大量的时间、人力和物力。料的涌现、施工工艺的革新以及计算手段的迅猛风洞实验通常仅对特

3、定的桥梁设计方案进行实验研究，发展也为超大跨桥梁建设的实现提供了平台。目但在桥梁方案比选、初步设计和结构参数化研究阶段，前，悬索桥以其合理的受力形式成为大跨、超大同时对多种方案的桥梁抗风性能进行风洞试验较为困跨桥梁的首选桥型。世界上，正在建设和计划建难。计算流体动力学数值模拟方法（ComputationalFluid设的大跨、超大跨悬索桥有土耳其伊兹米特海湾Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显大桥(主跨1668m)，墨西拿海峡大桥(主跨3300m)；示，对包含有流体流动、热传导等相关物理现象的系统在西班牙与摩洛哥之间，跨直

4、布罗陀海峡也提出所做的分析，通过采用CFD方法对桥梁结构气动特性进了一个包含2个5000m的连续中跨及2个2000m的边行数值模拟，可以省却大量复杂的实验工作，节约时跨的超大跨度悬索桥方案。间，节省实验设备投资，同时形象地再现流场，直观的与时代步伐共进，我国的桥梁工程也步入了预测气动特性。近年来CFD在桥梁抗风研究中的应用得跨海联岛工程新时期，开始了大规模跨海工程建到了快速发展，成为桥梁气动特性研究的有力工具。[2]设。国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程、杭本研究基于“863计划”项目，对以琼州海峡为背州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及

5、琼州景、主跨3500m的超大跨度悬索桥方案的扁平单箱主梁海峡工程。此外，还有舟山大陆连岛工程、青岛至进行了CFD数值模拟计算，通过对其气动参数的分析得黄岛、以及长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。出超大跨悬索桥扁平单箱主梁的气动特性。[2]然而，随着桥梁跨径的不断加大，其空气动力学问题尤为突出。风与桥梁结构的相互作用是1数值模型的建立一个十分复杂的现象，随着桥梁跨径的日益增大，结构趋于轻柔，阻尼减小，自振频率往往较1.1主梁几何模型低，该频率与强风作用频率往往比较接近，因而该主梁全宽为60.0m，高度为4.5m，属较宽扁平箱超大跨度桥梁的风致动力

6、响应问题成为其关键影梁。主梁上防护栏杆的存在很大程度上改变了空气绕流响因素。桥梁断面的形态，对主梁的气动特性产生较大影响，考[1][3]气动参数是研究桥梁抗风性能的必要数据。虑防护栏杆的主梁几何模型示意图如图所示。124学兔兔www.xuetutu.com2010年第4期西南公路XINANGONGLU李永乐,安伟胜,李翠娟等：超大跨度悬索桥扁平单箱主梁气动特性CFD分析2主梁三分力系数图1箱形主梁几何模型示意图超大跨度悬索桥扁平单箱主梁气动特性CFD分析1.2空气流场模拟作用于主梁断面上的静力三分力按所取坐标系不空气绕流主梁模型周边，流场复杂，

7、对于较同，有两种表示方法，即按体轴坐标系（坐标系沿截面李永乐安伟胜李翠娟强士中钝化模型，易形成较大范围的尾流区。在远离模形心主轴建立）表示和按风轴坐标系（坐标系沿风向建(西南交通大学桥梁工程系成都610031)型区域，流场结果改变不大，流场接近均匀流速立）表示，如图4所示。场，其变化梯度小；而在模型周边及尾流区域速【摘要】社会文化经济的快速发展和交融以及现代科技的不断进步，极大促进了超大跨度悬索桥的FFV度，流场压力梯度大。据此特点，在模型周边及L发展。但随着桥梁长度的加大，其抗风性能成为其安全性的关键影响因素。基于某主跨3500超大跨悬索桥y

8、'yFD方案，对其扁平单箱主梁气动特性进行了CFD模拟计算分析。分析结果表明，该扁平箱梁型式与平板的气尾流区域采用密网格并设置边界层，在计算域周x'M