节段模型长宽比对风洞测力试验及计算分析的影响

为提高风洞试验数据的可靠性、了解节段模型端部效应对试验结果的影响,通过风洞试验与数值模拟相结合的方法针对典型桥梁断面制作多组不同长宽比的节段模型研究了节段模型长宽比对三分力系数的影响。利用不同长宽比节段模型试验得到的三分力系数,分析三分力试验误差对静风稳定性及抖振响应的影响。为进一步扩大模型长宽比的研究范围,借助了CFD方法重现风洞试验,在保证数值模拟精度的前提下开展了多个长宽比模型的气动力与流场分析,系统总结不同长宽比模型端部效应的影响规律。分析结果表明:为保证测力试验结果的精度和稳定性,节段模型长宽比建议大于等于3,对于流线型箱梁断面,可以适当放宽要求,节段模型长宽比应大于等于2;当长宽比小于建议值,得到的静风稳定结果和抖振响应结果偏危险,长宽比越小,偏差越大;流线型箱梁阻力系数单侧"影响区"的量纲一的长度约1,升力矩系数单侧"影响区"量纲一的长度约为0.6,升力系数的单侧"影响区"量纲一的长度明显远大于其他气动力系数。流线型断面顶板、底板的压力分布对长宽比的变化较为敏感,上、下游侧斜腹板的压力分布受长宽比的影响较小。     

变截面连续钢箱梁桥静气动性能研究

对某大跨变截面连续钢箱梁桥跨中断面、1/4跨断面、支点断面进行了节段模型风洞测力试验,并对主梁进行了二维和三维数值模拟,通过风洞试验结合数值的方式来研究连续钢箱梁桥变截面主梁展向、腹板高度变化及梁底线形不同对于模型静三分力的影响。结果表明,腹板高度变化及梁底线形不同对连续钢箱梁桥静气动力系数有显著影响,随腹板高度增大,变截面连续钢箱梁桥阻力系数、升力系数、扭矩系数均有显著增加;在梁底线形为直线且斜率较小时,模型的静三分力不会随梁底直线斜率的变化而产生明显的变化,在风洞试验及数值模拟中可以用等截面的节段模型来代替梁底有斜率的节段模型。而当梁底直线与水平线夹角大于3°或梁底线形为二次抛物线时,计算得到的静三分力系数与等截面模型的结果相对变化量较大,故对于变截面梁在这种情况下不宜使用等截面的节段模型进行风洞试验,且应尽量采用三维流场数值模拟与实桥梁底线形相一致以提高计算精度。     

带悬臂流线型箱梁大比例节段模型涡振试验研究

大比例节段模型风洞试验是预测大跨度桥梁主梁涡振性能的有效方法之一。为研究带悬臂流线型箱梁涡振性能影响因素及气动优化措施,以某大跨悬索桥为工程背景,进行了1∶25大比例节段模型风洞试验。试验研究了不同来流攻角状态下主梁断面的涡振性能,并检验了移动检修轨道位置、安装悬臂、轨道导流板以及底板竖直稳定板等气动措施的制振效果。研究结果表明:随攻角由负变正,断面的扭转涡振性能逐渐变差;检修轨道向底板中央移动能有效降低涡振振幅,同时在检修轨上附加导流板能进一步地优化涡振性能,并且导流板越宽效果越明显;悬挑臂导流板以及底板设竖直中央稳定板不适于提高本文主梁断面涡振性能。     

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。     

Numerical Simulation on Tri-component Force Coefficient of Bridge Section

应用数值模拟方法研究桥梁断面的雷诺数效应,采用计算流体力学(CFD)软件FIUENT中的3种不同的湍流模型,即标准κ-ε模型、雷诺应力方程模型及Spalart-Allmaras模型,对流线形桥梁断面的三分力系数随雷诺数的变化进行数值模拟计算,并将数值计算结果与高雷诺数风洞试验结果进行比较.计算结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果非常接近,阻力系数的最大误差不超过4％;升力系数的计算结果比试验结果要大,相对误差不超过3％;当雷诺数小于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果要小,雷诺数大于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果大,计算误差不超过6％.研究进一步证实了流线型轿梁断面存在着三分力系数的雷诺数效应.对于流线型桥梁断面,宜采用标准κ-ε模型对其三分力系数进行数值模拟计算,计算结果能够符合精度要求.     

扁平箱形桥梁断面静气动力系数雷诺数效应研究

在较大的雷诺数范围内测量了不同宽高比箱形桥梁断面的三分力系数,研究了三分力系数雷诺数效应以及宽高比对断面三分力系数雷诺数效应的影响。流线型桥梁断面的阻力系数、升力系数都有明显的雷诺数效应。宽高比对断面的三分力系数雷诺数效应有明显的影响。低雷诺数风洞试验得到的三分力系数用于实桥分析时偏于保守。     

坝陵河大桥节段模型风洞试验研究

通过坝陵河大桥的节段模型风洞试验获得了主梁的静力三分力系数、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数,并对试验结果进行了详细的分析,其分析评价的结果可用于指导该桥的设计与施工,也可为同类桥梁提供参考.     

基于CFD的连续刚构桥主梁风荷载数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD),以某高墩大跨连续刚构桥的典型断面为背景进行数值模拟,引入无量纲的静力三分力系数概念,对比分析风攻角、梁高等参数对桥梁主梁截面气动力特性的影响,并结合可视化流场分析其作用机理。结果表明,CFD方法能直观分析钝体绕流特征及结构的气动力特性;箱梁断面升力系数受风攻角的影响较大,阻力系数受梁高的影响较大;梁高越大,主梁截面的三分力系数随风攻角变化的幅度越小,流场分布越复杂。     

双边钢箱钢-混组合梁静力三分力系数分析

抗风性能是桥梁设计中的要点,主梁断面静力三分力系数分析是斜拉桥抗风研究的基础,但未见双边钢箱钢-混组合梁断面的相关研究。文中基于计算流体动力学(CFD)技术,对某黄河特大桥主梁断面静力三分力系数开展研究,分析CFD模拟时不同网格精度对静力三分力系数的影响。结果表明,采用CFD技术可有效识别斜拉桥的主梁静力三分力系数;仅改变网格精度,三分力系数变化不明显,阻力系数呈现变小态势,升力系数和扭矩系数呈现变大态势,但计算效率大幅降低。     

斜拉桥风致响应的雷诺数效应

为研究主梁三分力系数雷诺数效应对斜拉桥的静风响应及抖振响应的影响,分别采用大、小2种比例主梁节段模型的风洞试验测得主梁三分力系数;并用结构有限元方法,以苏通大桥为背景,分析了高雷诺数和低雷诺数时斜拉桥的静风响应和抖振响应.研究结果表明:雷诺数效应对斜拉桥抖振效应有不可忽略的影响;忽略主梁雷诺数效应的斜拉桥静风响应和抖振响应分析可能会导致偏危险的结果.     

闭口箱形主梁断面三分力系数二维大涡模拟

采用二维大涡模拟方法对雷诺数为Re =3.73×105的某大跨度斜拉桥主梁断面成桥状态和施工状态三分力系数进行了数值模拟,并与风洞试验结果进行了对比;在此基础上针对防撞护栏对桥梁主梁断面的三分力系数的影响进行了数值模拟和试验研究.结果显示:该桥主梁断面成桥状态、施工状态三分力系数数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好.风攻...     

既有桥梁对新建斜拉桥主梁气动干扰效应的试验研究

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明：既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数和升力矩系数气动干扰效应的影响较小。     

考虑参数影响的斜拉桥π形断面的静风效应研究

基于计算流体动力学(CFD)数值计算方法,通过商用软件FLUENT对一座π形主梁断面的拟建斜拉桥进行抗风性能分析,得到成桥状态下主梁断面周围流场的压力、速度分布以及不同风攻角下的静力三分力系数.在此基础上,研究了桥面横坡、护栏、高宽比等设计参数的变化对该桥主梁断面静风三分力系数的影响.研究结果表明,桥面横坡坡率的变化对...     

大尺度闭口扁平钢箱梁涡激力半经验模型比较

涡激力半经验模型基于试验结果,描述涡激振动响应特征,属于现象学范畴。目前工程应用较多的主要有经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型。常规尺度(1∶60左右)节段模型较小,受雷诺数效应及模型细节处理不够精确等因素影响,试验结果与实际结构往往会存在一定差异。大尺度主梁节段模型(通常为1∶15～1∶20)试验雷诺数更接近实桥,更精确地模拟主梁细节,可测得更精细准确的涡振振幅和涡振区。通过一大跨度悬索桥扁平箱梁1∶20大尺度节段模型涡振试验,基于经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型识别涡激力。分析三种半经验模型在描述涡激力和涡振响应方面的特点,为类似工程应用提供参考依据。最后根据沿跨向涡激振动研究进展,提出了三维涡激振动研究问题。     

大间距并列双钝体箱梁气动干扰效应试验研究

为研究气动干扰对大间距并列双钝体箱梁的三分力系数和涡振特性的影响,给这类箱梁静风荷载取值和涡振抗风设计提供参考,根据某并列双钝体箱梁桥跨中断面,制作节段缩尺模型,通过测压和测振风洞试验,测试大间距并列双钝体箱梁的三分力系数和涡振特性,并与单幅钝体箱梁的三分力系数和涡振特性进行对比。结果表明:当1≤D/B≤6(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁宽),风攻角为-10°~10°时,气动干扰对并列双钝体箱梁三分力系数的影响表现在下游钝体箱梁上,且主要体现为减小效应;当D/B=3,风攻角为-4°~4°时,气动干扰对下游钝体箱梁的涡振有一定的放大效应,表现为振幅的增大和风速锁定区间长度的变长,与正攻角相比,负攻角时的放大效应更显著。     

流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施

以某主跨390 m的独塔流线型钢箱梁斜拉桥为工程依托，采用风洞试验与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）相结合的方法对流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施进行研究。首先，采用几何缩尺比为1∶30的主梁节段模型进行主梁涡振性能与气动控制措施优化研究；其次，采用CFD方法对主梁涡振响应进行流固耦合计算，将Newmark-β算法嵌入ANSYS Fluent用户自定义函数（User Defined Functions，UDFs）实现主梁结构振动响应求解，同时结合动网格技术实现主梁断面流固耦合分析；并根据判断条件来检索箱梁壁面上的网格单元，以获得主梁断面振动过程中的表面压力，然后结合主梁结构振动响应、表面压力以及流场特征等对主梁涡激振动机理进行分析。结果表明：该桥主梁原设计方案存在涡激共振现象，将梁底检修车轨道内移120 cm可有效抑制主梁涡振响应；主梁涡激振动响应的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好；检修车轨道内移120 cm后主要改变了箱梁下表面平均压力系数分布特性，且箱梁表面各测点脉动压力卓越频率不一致，有效减小了主梁涡激振动响应；流线型箱梁靠近迎风侧的“被动区域”对结构涡振响应贡献较小，背风侧“驱动区域”发生周期性旋涡脱落是影响流线型箱梁涡振的主要因素。     

桥梁断面静三分力系数的CFD计算分析

利用流体分析软件Fluent计算了不同桥梁断面型式在中等雷诺数时和不同攻角下的阻力系数和升力系数。文中选用6类不同桥梁断面型式进行了计算分析。通过计算得出的阻力、升力系数随攻角的变化对比以及风场压力云图直观反映,初步分析了各类断面在静风作用下三分力系数值的特性。计算结果表明,钝体断面其阻力系数的变化形式相似,而上下不对称开口会造成其升力系数的变化;而流线型断面,其阻力系数与钝体断面截然不同,与攻角有直接的关系,实际应用需要多注意。     

气动干扰对分离双扁平箱梁三分力系数的影响

为研究分离双主梁间距及风攻角对分离双扁平箱梁三分力系数气动干扰效应的影响,制作缩尺比为1∶50的分离双扁平箱梁节段模型,进行风洞试验。测试-10°~10°风攻角范围内分离双扁平箱梁在15个不同间距(双箱梁的净间距D与单幅箱梁宽B之比的变化范围为0.025~6)下的三分力系数,并与单幅扁平箱梁的三分力系数进行对比。结果表明:气动干扰对分离双扁平箱梁三分力系数的影响主要表现为对下游箱梁的影响。对阻力系数而言,这种影响主要体现在D/B≤1的间距范围,且表现为减小效应;对升力系数而言,这种影响主要体现在负向风攻角,且表现为减小效应;对扭矩系数而言,这种影响主要体现在大风攻角,在正向和负向大风攻角时分别表现为放大效应和减小效应。     

设置中央稳定板对大跨度悬索桥抗风性能的影响

在润扬长江公路大桥南汊悬索桥的节段模型风洞试验中,研究了稳定板高度对动力抗风稳定性的影响,采用了增设0.65 m高中央稳定板的有效措施,并获得了原断面和增设中央稳定板断面的气动导数和三分力系数;采用非线性静风和颤抖振时域方法,研究了设置中央稳定板对静动力抗风性能影响。结果表明,恰当地设置中央稳定板,不仅能够提高桥梁的颤振临界风速,还能够降低结构的抖振响应,而结构的静风失稳风速在正攻角下有所降低。     

宽幅流线型钢箱梁涡振性能气动优化措施研究

为了解宽幅流线型钢箱梁在大攻角下的涡振性能,确定断面的涡振敏感构件,改善其涡振性能,以太洪长江大桥(主跨808m的双塔悬索桥)为背景,制作1∶50加劲梁节段模型,通过风洞试验研究其宽幅流线型钢箱梁在不同攻角下的涡振性能,通过设置检修道栏杆抑流板、检修轨道内移及减小风嘴角度等气动措施对其涡振性能进行优化,并测试各优化措施的抑振效果。结果表明:宽幅流线型钢箱梁涡振性能随来流风攻角增大逐渐变差;桥面检修道栏杆是涡振首要敏感构件,梁底检修轨道对涡振的影响较弱;设置检修道栏杆抑流板、减小风嘴角度对抑制涡振响应均有明显效果,同时结合检修轨道内移能更显著地抑制涡振响应。