复杂异形桥梁风荷载参数数值风洞模拟.pdf

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1、32低温建筑技术2011年第5期(总第155期)复杂异形桥梁风荷载参数数值风洞模拟林辉，罗春晖(同济大学桥梁工程系．上海200092)【摘要】针对复杂异形桥梁结构风荷载参数的不确定性问题，采用计算流体动力学方法，对主梁和桥塔的风荷载参数进行数值风洞模拟。研究了不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响及不同气流风偏角对桥塔风荷载的影响。通过数值计算，为相似复杂异形桥梁风荷载参数取值提供了参考。【关键词】桥梁工程；风荷载参数；数值风洞模拟【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)05—0032—03NUMRICALⅥDTUNNELS蹦

2、UATIoNoFWINDLoADSPARAM眶mRsFoRASPECIALLYSHAPEDBRⅡ)GEHNHui，LUOChun—hui(BridgeEngineeringofTongjiUniv．，Shanghai200092，China)Abstract：Consideringtheuncertaintyofwindloadparametersforaspeciallyshapedbridge，theComputationalFluidDynamicsmethodwasappliedtocarryoutthenumericalwindtunnelsimulatio

3、nofwindloadparametersonthemaingirderandthebridgetower．Theinfluenceofdiferentaircurrentat—tackanglesonmaingirderstructureunderwindloadandtheinfluenceofdiferentaircurrentwindageanglesonbridgetowerunderwindloadwereinvestigated．Thenumericalcalculationprovidedreferentialvaluesofwindloadparam

4、etersfortheothersimilarspeciallyshapedbridges．Keywords：bridgeengineering；windloadingparameters；numericalwindtunnelsimulation中国是世界上受台风影响最严重的国家之一，全国约有4／5的省、市、自治区可能受到热带气旋影响，从华南到东北长达I．8万多km的沿岸地带更常受台风之害，台风灾害的发生频率和影响程度都居沿海地区各种自然灾害之首。近年来，随着新建大桥桥型愈．一．加复杂，传统模型试验周期长、花费大。因此，通过数值风洞技术来较准确地获得风荷载参数成为一

5、种较图1立面图理想的选择u。表1模型边界条件1桥梁概况桥梁跨径布置：36．59+57+155=248．590m，梁高3．5m；其中边跨采用单箱4室混凝土梁，中跨采用钢箱梁，箱梁的外形与混凝土梁段完全一致。箱梁全宽50．6m。箱梁外侧为约8m的悬臂，悬臂根部为斜腹板；采用约8m的大悬臂和斜腹板形式。在索塔处，箱梁截面加宽至64．4m。索塔采用火炬造型的钢塔，主梁梁底以下部分为混凝土塔柱。采用塔墩固接，塔梁分离的结构体系。根据主桥结构总体布置及构造特点，采用全桥空间有限元模型，主梁和桥塔采用空间梁单元，斜拉索采注：为纵桥向，，，为竖向，z为横桥向。⋯0’表示自由，⋯1’表

6、示用单向受拉杆单元，斜拉索和主梁通过刚臂连接形成固结。林辉等：复杂异形桥梁风荷载参数数值风洞模拟33pcLL“鱼骨式”力学计算模型。主梁横隔板和桥面系铺装一c“’H／B。sina+Cv。c。s用质点单元模拟，考虑平动质量和扭转质量惯矩。分其中，在两个参考坐标系中气动俯仰扭矩系数相析过程中模型边界条件，见表1。经过结构动力特性同。三分力系数随攻角变化关系，见表2。标准断面分析：成桥状态主梁一阶竖弯频率为0．787Hz，主梁一流场，如图3所示。阶扭转竖弯频率为1．524Hz。2主梁静力三分力数值模拟(成桥状态)目前处理粘性流动的数值方法主要有：直接数值模拟(DNS)、雷诺

7、平均(RANS)和大涡模拟(LES)。大一一涡模拟中只有少量湍流被模型化，大部分湍流被直接(8)瞬态速度场(一3。)(b)瞬态速度场(+3。)计算，因此模型化误差少，所以主梁断面静气动力特性数值模拟采用计算流体动力学的大涡模拟方法进行。通过对主梁气动力数值模拟，可以获得主梁气动阻力、升力和升力矩，如图2所示。一一(c)时均速度场(一3。)(d)时均速度场(+3。)图3速度场云图3涡激振幅计算分别选取一阶竖弯、一阶扭转频率作为弹簧刚度扭矩JIf模拟参数，用rlewmark一13动力积分法获得不同风速下结构响应。不同风速下主桥竖向振幅，如图4所示。图2作