斜腹板倾角对桥梁气动稳定性影响的数值模拟研究

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1、万方数据国内图书分类号：汐仟f十．上国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级2Q!!级．姓名王舰涵申请学位级别工堂亟±专业结捡工程指导老师奎咽丞教援二零一四年五月响一显胜一定一羞玉拟一梁一模一桥一值一对一数一角一的一题板一腹一斜一万方数据CIassifiedIndex：c7竹f十．1U．D．C：SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisNumericalSimulationonInfluenceofWebSlopesofBoxGirderonAerodynamicCharacteris

2、ticsGrade：2011Candidate：YuJianhanAcademicDegreeAppliedfor：MasteofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringSupervisor：Prof．LiMingshuiMay．2014万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印

3、或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密倒，使用本授权书。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：于雨匦涵指导老师签名：日期：∞蚪Z．弓．日期：神l牛．6．3万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：通过数值模拟的方法研究了不同桥梁断面的斜腹板倾角对三分力、颤振和涡激振动特性的影响。研究中选取了12。～21。，23。，256，35。，45。，75。和90。共16个不同的斜腹板倾角。结果表明：斜腹板倾角为17。时，气动稳定性是最好的。本文

4、的主要工作如下：(1)用定常计算的方法研究了不同斜腹板倾角对三分力系数的影响。结果表明，斜腹板倾角越小，该项气动力特性越好。(2)采用强迫振动法，应用动网格技术模拟桥梁截面的颤振性能。共计算了20个不同折算风速下的气动力时程曲线，用最小二乘法求解方程得到8个颤振导数，并由此计算出颤振临界风速。结果表明：在所有计算的角度中，倾角为17。时，颤振临界风速最大，颤振稳定性最好。(3)用结构动力学中的New—markB方法，通过FLUENT的UDF编程实现流体与结构的流固耦合，模拟风场中结构的涡激振动。结果表明，当斜腹板倾角小于17。时，可明显抑制斜腹板下

5、方大尺度漩涡的产生，有效抑制涡激共振的发生。本人郑重声明：所呈交的学位论文，的成果。除文中已经注明引用的内容外，是在导师指导下独立进行研究工作所得本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：寻觏：油日期：如H．Z．弓万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要自从1966年流线型箱梁被应用于英国的赛文桥以来，它就以较高的扭转刚度、优越的气动力特性和经济性而被桥梁设计者们广泛采用。我国近几十年来建造的

6、大部分大跨度桥梁主梁都采用了流线型箱梁的形式。与传统的大跨度桁架桥梁类似，颤振稳定性仍是设计中要考虑的重要问题，而另一个挑战就是涡激振动，这也是箱梁断面的固有特性之一。从空气动力学的角度看，流线型箱梁截面仍属于钝体，会导致气流分离。箱梁的斜腹板的倾角越小，越趋近于平板，气动力特性就越好。然而过小的倾角会导致其他的问题，如一些附属构件和设备的安装。对南京四桥和其他一些大跨度流线型箱梁桥的风洞试验表明，颤振临界风速会在斜腹板倾角小于16。时明显提高。本文以南京四桥为工程背景，以l：20的几何缩尺比构建计算模型。用数值模拟的方法研究了桥梁截面斜腹板倾角对

7、气动稳定性的影响及其抑制涡激振动的机理。共研究了16种不同的倾角，分别为：12。～21。、23。、25。、35。、45。、75。和90。。本文研究的主要内容有：(1)用二维N—s方程和SSTk-m湍流模型，采用定常算法进行三分力计算，研究不同倾角对三分力的影响。研究结果表明，倾角的改变对阻力和升力系数影响较大，而对扭矩系数影响不明显。且倾角越小，气动力特性越好。(2)用强迫振动法对颤振性能进行模拟计算，假设结构分别做纯竖向和纯扭转振动并记录升力和扭矩时程曲线，然后用最小二乘法拟合得到8个颤振导数。结果显示：当斜腹板倾角为17。时，颤振导数Hl枣和A

8、2誊出现最小值。颤振稳定性在倾角为17。时会大大提高。(3)用二维大涡模拟的方法进行涡激振动的分析，通过UDF编程实现结构