【摘 要】
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随着桥梁跨度的不断增加,桥梁的自振基频逐渐降低,风荷载作用对桥梁稳定性的影响日益显著,尤其是在地表类型复杂的C、D类地区,斜风来流极易引起桥梁的风致颤振,而桥梁一旦发生颤振,将导致整体结构彻底毁坏。目前,风荷载在桥梁颤振方面的研究大多关于风攻角、频率等因素,对于大偏角(>30o)斜风来流的情况关注较少。因此,文章采用数值仿真软件对二维、三维斜风流场中四种典型工况(断面外形为:钝性、带风嘴型、
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随着桥梁跨度的不断增加,桥梁的自振基频逐渐降低,风荷载作用对桥梁稳定性的影响日益显著,尤其是在地表类型复杂的C、D类地区,斜风来流极易引起桥梁的风致颤振,而桥梁一旦发生颤振,将导致整体结构彻底毁坏。目前,风荷载在桥梁颤振方面的研究大多关于风攻角、频率等因素,对于大偏角(>30o)斜风来流的情况关注较少。因此,文章采用数值仿真软件对二维、三维斜风流场中四种典型工况(断面外形为:钝性、带风嘴型、带挑肩斜腹板、带分流板)的大跨度桥梁建立模型,依据Scanlan颤振理论求得模型在0o~60o斜风偏角下的颤振稳定性参数,将仿真结果与Theodorson理想平板理论值和现有文献结果对比,验证该仿真方法的正确性与可靠性,研究了斜风作用下四种工况大跨度桥梁的颤振稳定性变化规律及其主要影响因素,研究的主要内容与结论如下:阐明目前桥梁颤振研究相关背景,整理有关计算流体力学的基础理论。具体介绍了颤振导数理想平板理论解和数值仿真解的识别方法,以及颤振临界风速Ucr的求法。以重庆鹅公岩大桥为工程依据建立全桥三维模型,使用Block lanczos法提取前40阶模态。分析斜风作用下的模态参与因数和动力特性得,斜风作用时扭转振动会出现最大位移响应。在二维仿真流场中,考察等宽高比的四种主梁断面工况在0o、5o、10o、20o、30o、45o、60o偏角下的气动外形差异,利用分状态强迫振动法求得各工况颤振稳定性参数。分析四种主梁断面结果云图和几何外形得到,30o偏角后颤振稳定性改善速率增大,工况二由于迎风角度最小,获得颤振较高颤振临界风速。在三维仿真流场中,建立与二维主梁断面类型和宽高比相同的四种节段模型工况,并且和二维主梁断面在7种偏角下的颤振稳定性对比研究。三维流场改善了二维流场断面气流流向的单一性,计算结果优于二维流场,工况二在三维流场颤振稳定性仍然最好。采用数值仿真的方法研究斜风作用下四种典型工况断面的颤振稳定性,相比风洞试验成本低、可重复性强。同时仿真二维和三维流场,将四种典型工况在大偏角下的计算结果对比分析得到,在斜风作用下,迎风角小或者主梁断面为带风嘴型的大跨度桥梁颤振稳定更好。
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