基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究.doc

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1、基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究王黎明中铁第一勘察设计院集团有限公司摘要：随着桥梁设计跨度增大，结构对风荷载作用极为敏感。采用CFD数值模拟方法研究桃花峪黄河大桥主梁断而颤振问题，根据分状态强迫振动法给出了颤振导数识别方法建立了数值计算模型，经计算得出结论:在+5°风攻角下造成竖向振幅为0.03m所需风速约为13.2m/s,在+3°风攻角下造成相同竖向振幅所需风速约为14.2m/s;在+5。风攻角下造成扭转振幅为6。所需风速约为13.1m/s,在+3°风攻角下造成相同扭转振幅为6。所需风速

2、约为14.0m/s,风攻角是颤振重要因素;经模拟气动流场得到主梁结构在0。、+3。及-3°攻角下颤振临界状态涡量变化情况可知随着风速增大涡量图为一对细长互不干涉正负涡量逐步增大至正负交替漩涡，在尾流处耦合成2个相互交替大漩涡。关键词：颤振;风攻角;风速;主梁断而;作者简介：王黎明(1975—),男，河北平山人，高级工程师，主要研究方向:公路桥梁设计及施工。收稿日期:2017-04-05基金：陕西省交通运输厅科研项目(15-01K)StudyonFlutterofMainGirderofLongSpan

3、BridgeBasedonCFDNumericalSimulationWANGLimingChin且RailwayFirstSurver&DesignInstituteGroupC0・，LTD.;Abstract：Withtheincreasingspanofbridgedesign,thestructureisverysensitivetowindload.UsingCFDnumericalsimulationmethodtostudythetaohuayutheYellowRiverbridges

4、ectionflutter,flutterderivativesidentifica/tionmethodisanumericalcalculationmodelisestablishedaccordingtothegivenstateforcedvibrationmethod,thecalculatedconclusioncausedbyverticalamplitudeof0.03mrequiredwindspeedisabout13.2m/sat+5DEGwindangleofattack,ca

5、usingthesameverticalamplituderequiredaboutwindspeedfor14.2m/sat+3DEGwindsttackangleis6degrees;causedbythetorsionamplituderequiredwindspeedisabout13.1m/sat+5DEGwindangleofattack,causingthesametorsionamplitudeis6degreesrequiredspeedisabout14.0m/sat+3DEGwi

6、ndattackangle,windattackangleisanimportantfactorofflutter;aerodynamicflowfieldobtainedbysimulatinggirderflutterin0degrees,+3degreesand~3degreesatcriticalstatechangesofvorticityshowsasthewindspeedincreasesthevorticitygraphisapairofelongatednon-interferen

7、ceinpositiveandnegativevorticityincreasesgradual1toalternateinthewakevortexatTwomutuallyalternatingvortices.Keyword：flutter;windattackangle;windspeed;maingirdersection;Received：2017-04-050引言大跨桥梁对风作用十分敏感，在桥梁概念设计阶段必须考虑抗风问题丄口。桥梁风致震动作用分为两类:其一为脉动风对桥梁结构作用，即静风

8、荷载与动力作用下强迫振动;其二为平均风作用下形成自激震动也。颤振是结构动力失稳导致的发散性自激震动，是大跨桥梁抗风研究主要内容固。传统桥梁抗风特性研究主要是缩尺模型风洞实验，试验往往受到人力、经费时间限制，随着计算机技术进步，计算流体力学(ComputationalFluidDynamic,简称CFD)逐步发展具备了取代风洞实验的可能性血。CFD可以模拟实际尺寸模型以及实际流场大小并根据实际情况设置不同参数，可以大大节省经济成本提高工作效率世1，为此本文