斜拉桥主梁断面静三分力系数的数值模拟

计算流体力学方法的发展给风工程提供了一种可能替代风洞试验的研究手段。以一斜拉桥为模型,采用FLUENT软件分析主梁断面在0°攻角下的速度和压强分布,并得到主梁断面在攻角-5～5°范围内的静三分力系数,为抗风计算提供依据。     

桥梁闭口箱梁三分力数值识别中的湍流模型比选

对以苏通桥断面为例的桥梁闭口箱梁模型进行了三分力系数CFD数值识别。分别采用不同湍流模型及近壁条件进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较。同时使用层流模型采用加密网格进行数值模拟,对不同湍流模型模拟结果进行压力等值线的比较,通过识别得到的三分力系数和压力等值线,确定出闭口箱梁绕流数值计算最合理的湍流模型。     

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。     

桥梁断面形式对三分力系数影响的数值研究

大跨度桥梁主梁断面的气动选型是其抗风设计与研究的一个十分重要的问题,随着计算机科技的不断发展,在桥梁抗风领域,由于风洞实验成本高,周期长等缺点,数值风洞越来越被人们重视。所谓数值风洞,就是运用流体力学相关原理,利用计算机软件对现实中的风环境进行模拟的一门学科。利用ANSYS13.0中的Fluent模块,分别对钝头型箱梁、带斜腹板箱梁、扁平箱梁进行了计算机数值模拟。在相同风速作用下,比较三种不同断面周围的压强和速度分布,三分力系数,初步确定抗风性能较好的断面类型。     

串列钝体三分力系数气动干扰效应数值模拟

为了研究矩形断面、倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面等4种断面的单个和多个钝体存在气动干扰效应的问题,基于有限体积法和SIMPLE算法,对均匀粘性定常流体的雷诺数在亚临界区域的绕流流动进行计算流体动力学(CFD)数值模拟.计算其在不同风攻角、不同倒角尺寸和不同柱体间距情况下的三分力系数,并分析其在不同情况下的气动力系数的变化规律.结果表明:对单个钝体而言,各断面在不同风攻角情况下的阻力系数、升力系数和扭矩系数整体上依照矩形断面、倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面的顺序依次减小,而倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆孤断面阻力系数、升力系数和扭矩系数随着倒角尺寸的增大,呈减小的趋势;对这2个钝体而言,由于气动干扰效应,下游钝体无论是在变化趋势上还是在数值大小上和上游钝体相比都发生了较大的变化.     

栏杆基石对闭口箱梁桥梁涡振性能影响的机理

为研究检修道栏杆基石对桥梁涡激振动性能的影响,依托中国某主跨808 m的超大跨度闭口箱梁加劲梁悬索桥,通过主梁大比例节段模型弹性悬挂测振测压风洞试验获取模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据,测试原设计断面在±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析3种不同栏杆基石位置和高度工况下主梁涡振响应性能和桥面测点脉动压力系数均值、均方差、压力功率谱以及局部气动力和总体气动力的相关性。研究结果表明：依托工程主梁设计断面发生了显著的竖向和扭转涡激共振,且扭转涡振显著超出规范允许值,主梁涡振性能随来流风攻角的增大而变差。主梁表面实测脉动压力数据分析显示,由于栏杆和基石的阻挡,箱梁上表面气流分离后在后部再附,导致上表面前部和中后部发生了强烈的压力脉动。上表面前部、后部以及下表面迎风区斜腹板局部气动力与总体气动力具有很强的相关性,这也是导致主梁发生显著扭转涡振的根本原因。将栏杆基石移至桥面板边沿显著减小了上、下表面压力脉动,上表面前部和后部气动力相关性被破坏,可以大幅抑制涡振;将栏杆基石移至桥面板边沿,并降低栏杆基石高度抑制了气流在上表面后部的再附现象,断面压力脉动被削弱,局部气动力和总体气动力相关性被完全破坏,从而有效抑制涡振。     

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。     

双幅并行连续刚构桥箱梁断面三分力系数气动干扰效应数值模拟

以咸阳至旬邑高速公路三水河连续刚构桥箱梁桥为依托,采用CFD软件FLUENT计算了主梁跨中及支点断面在不同风攻角、双幅桥间距及有无护栏情况下的风阻力系数,并与相同条件下的单幅桥进行对比,研究了双幅桥风阻力气动干扰效应。结果表明：气动干扰效应对双幅桥风荷载均有影响,总体上随双幅桥间距减小而增大,随结构尺寸增大而增大,而随风攻角的变化规律不明显;上游桥阻力系数干扰因子为0．994～1．147,略大于1或在1附近变化,表明气动干扰效应对上游桥的阻力系数影响较小;下游桥阻力系数干扰因子为-0．356—0．973,变化范围很大,表明气动干扰效应对下游桥的阻力系数影响很大,双幅桥间距较小时来流风对下游桥的作用甚至表现为吸力。     

双层П型梁斜拉桥涡振性能及三分力系数变化规律的研究

通过风洞测振和测力试验,研究了不同上、下层梁间距及不同风攻角下,双层П型梁斜拉桥的涡振性能以及不同上、下层梁间距对双层П型梁断面三分力系数变化规律的影响。结果表明,双层П型梁的竖弯涡振振幅随着上、下层梁间距的增大呈现出先减小后增大的趋势,在上、下层梁间距为两倍梁高时降到最低;相较于0°风攻角,双层П型梁在+3°风攻角时涡振较为严重,而在-3°风攻角时则较为轻微;双层П型梁的升力系数较单层П型梁时有所降低,而阻力系数和力矩系数较单层П型梁时有所提高。     

复杂格构式梁体三分力系数精细化计算分析

考虑索承桥梁中格构式梁体具有多种截面形式复合的特点，其抗风性能难以通过常用的二维数值仿真来分析，以东部沿海一座格构式拱桥为研究背景，考虑格构式系梁的结构特点和栏杆等附属设施的影响，建立三维数值仿真模型，对格构式系梁的静力三分力系数进行精细化分析。基于不同计算区域的模拟精度需求，采用不同方法进行混合网格划分；针对复杂格构式系梁的流场特征，优化选取流场尺度规模、边界条件和湍流模型等计算参数分析获得大范围风攻角下的三分力系数；将所得结果与风洞试验结果进行对比分析，并探讨栏杆等附属设施对三分力系数的影响以及数值模拟误差与风涡特性的相关性。结果表明：在小风攻角范围（±4°）内，有栏杆的三维数值模拟具有较高的精度；栏杆等附属设施对格构式梁体的抗风性能有一定影响，考虑栏杆等附属设施的精细化数值模拟比不考虑栏杆的计算误差平均降低20%，且增加了梁体所受的静风荷载，在实际工程中应当对栏杆等附属设施予以重视；不同风攻角下的风涡特性与数值仿真的误差存在相关性，随着风攻角的增大梁侧的风涡效应明显，这使得三维数值仿真的误差开始增大，尤其是在正大风攻角的情况下模拟精度下降严重。     

典型桁架桥梁断面静风阻力遮挡系数风洞试验

基于典型桁架桥梁断面桁片节点测压风洞试验,研究了典型桁架桥梁断面-10°～ +10°风攻角下的遮挡系数.试验结果表明:采用规范计算桁架桥梁断面成桥状态的遮挡系数,在计算间距比和实面积比时,建议将桥面铺装高度计入迎风桁架高度,将桥面铺装迎风面积计入桁架轮廓面积;遮挡系数随着风攻角的增大而减小,可以采用一次线性经验公式计算不同攻角的遮挡系数.     

扁平箱梁断面弯扭耦合软颤振非线性特性研究

针对大跨度桥梁软颤振非线性特性,采用弹簧悬挂节段模型风洞试验法,研究了典型扁平箱梁断面（宽高比10.7：1）在均匀流场下的软颤振响应,并采用一种新型的高精度测力技术——内置天平同步测力测振法测量了非线性颤振自激力时程,该测力技术可大幅降低天平信号中的惯性力成分,提高自激力的测量精度。试验结果表明：扁平流线型箱梁断面在风攻角5°、±3°和0°时均出现了软颤振响应,观测到的软颤振现象表现为自限幅的极限环振荡,振幅随着风速的增加而增大,随着风攻角的增大,软颤振起振风速降低,振幅增加的斜率变缓;软颤振振动出现在扭转模态,竖向和扭转位移均存在一定的高次谐波成分,但与基频相比较为微弱,可以忽略;扁平箱梁断面的软颤振具有显著的弯扭自由度耦合特性,弯扭耦合程度随风速增加而增大,在软颤振振幅发展过程中,节段模型仍然以线性扭转复模态的形式振动,扭转复模态向量的幅值变化较为明显（约15%）,需要考虑其随振幅的缓变特性,相位特性变化非常微弱（相位差变化小于3%）,可以忽略。基于内置天平同步测力测振技术,测量得到的非线性自激力信号能够较为精确地计算软颤振振动位移时程,具有较高的精度,自激升力和自激扭矩均在大振幅下表现出显著的高次谐波成分。     

柴油超临界喷雾大涡数值模拟研究

随着现代内燃机燃烧室内温度和压力的不断提升,液体燃料往往处于超临界状态,与亚临界状态相比,其喷雾射流行为特征发生了很大的变化.本研究采用大涡数值模拟方法对超临界环境下的单组分和多组分柴油表征燃料喷雾射流进行数值计算,对比了不同气体状态方程预测柴油表征燃料超临界射流行为的差异性,发现PR气体状态方程对正庚烷质量分数分布的...     

大跨度钢混组合梁斜拉桥钢主梁截面参数对成桥状态主梁受力敏感性分析

针对成桥索力一定情况下,可能仍存在主梁局部应力较大的现象,再次调索较为繁琐,采用改变钢主梁截面参数对成桥状态组合梁受力敏感性进行分析,利用钢主梁参数调整的方法,局部优化主梁的应力,作为对其合理成桥状态计算方法的补充。主要研究内容如下:(1)建立BDCMS及Midas/Civil模型,在成桥索力一定的情况下,以不改变钢主梁的横截面积为前提,对刚成桥及混凝土收缩徐变完成两种状态下的钢主梁截面参数均进行研究分析。以赤壁长江公路大桥塔区五段梁为研究对象,调整塔区五段梁的钢主梁顶、底、腹板厚度,分析成桥状态下组合梁的受力性能;(2)针对成桥状态下Midas/Civil模型中塔区及辅助墩主梁下缘应力局部偏大,边墩桥面板上下缘拉应力较大的情况,采用钢主梁参数调整的方法进行局部优化。     

大跨桥梁实测湍流风场的大涡模拟

为实现在大涡模拟(LES)中准确评估强风湍流对大跨桥梁的作用,关键难点在于生成符合桥梁真实强风特性的入口湍流。为此应用了一种新的规则化波矢量随机流生成方法PRFG³(Prescribed-wavevector Random Flow Generator),该方法遵守连续性方程和泰勒假设,可准确模拟目标湍流的脉动风谱、湍流度和湍流积分尺度等风特性参数。首先利用西堠门大桥结构健康监测系统(SHMS)2016年内采集的风速数据,选取了该桥址区10 min时距平均风速较大但风特性不同的2个强风样本,分析得到相应的强风特性参数;然后采用PRFG³方法合成了符合上述2个实测强风特性的均质各向异性湍流,同时为验证该方法用于主梁节段模型LES入口湍流的适用性,还模拟了缩尺比为1∶50的强风湍流场,并基于OPENFOAM平台,将3类风场赋予LES入口进行了数值计算;最后将LES流场中多个监测点的湍流特性与实测结果进行了对比。研究结果表明：2个实测风场在顺风向、横风向、竖风向的脉动风谱均与Von Kármán谱接近,顺风向湍流积分尺度最大约为192 m,各脉动风...     

八里湖大桥主梁施工模拟分析

八里湖大桥主桥为主跨132m的三塔部分斜拉桥,主梁采用C55混凝土双箱式边主梁型式(设纵、横向预应力),采用支架现浇法施工.先浇筑箱梁,然后挂设斜拉索(张拉20％索力),再张拉箱梁横向预应力.为了验证施工工序的合理性,利用ANSYS有限元程序建立16号墩两侧支架模型,模拟其施工过程,分析了横向预应力张拉和斜拉索挂设施工对支架钢管桩反力和箱梁应力的影响.结果表明,钢管桩反力和箱梁应力均满足规范要求,施工工序合理.     

斜拉桥箱形主梁尺寸的优化分析

针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。     

湍流强度对火焰传播影响的大涡模拟研究

为了研究封闭空间中湍流强度与火焰传播相互作用,基于快速压缩机试验平台建立了燃烧室模型,开展了上止点缸内压力1.1 MPa和1.4 MPa及不同湍流强度下,异辛烷-空气当量比混合气点火和火焰传播过程的三维大涡模拟研究。研究结果表明:火焰发展受到周围湍流脉动的影响,火焰形态发生褶皱和变形,且随着湍流强度的增加,火焰表面褶皱和变形越发严重;同时火焰的褶皱和变形会进一步加剧湍流脉动,从而加强火焰和湍流脉动的相互作用,影响缸内的燃烧情况。     

宁波招宝山大桥断裂主梁的加固拆除

介绍招宝山大桥主梁断裂后的加固过程，详细说明了主梁在非常危险的情况下如何加固和拆除断裂梁体，使大桥平稳地渡过不安全期，重新趋于稳定而采取的施工方案和施工方法。