分离式双箱梁涡振及抑制研究

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分离式双箱梁因其优越的颤振稳定性,被广泛运用于大跨径桥梁设计中,但其涡振性能不佳。目前较为缺乏能够有效抑制分离式双箱梁涡振的措施,本文采取风洞试验以及数值模拟的手段,对分离式双箱梁涡振特性以及抑振措施进行研究,并提出了双下中央稳定板的新型涡振抑制措施。具体研究内容如下:对具有扭转涡振的分离式双箱梁断面在不同状态下进行测压、测振试验,得到了不同状态下分离式双箱梁的表面平均压力系数以及表面压力卓越频率的分布特征。通过对表面平均压力系数进行分析,发现在约束状态的不同风速下,分离式双箱梁各区域表面平均压力系数随风速变化趋势不一致,而在自由状态下涡振锁定区间内,表面平均压力系数主要受涡振阶段影响,其随风速变化趋势呈现出较高的一致性;通过对表面压力卓越频率分布进行分析,发现空隙周围的涡脱作用是分离式双箱梁涡振的必要条件,涡振锁定区间的各个阶段伴随着涡脱作用影响范围的逐步缩小,当风速提高时,涡脱作用范围逐渐收缩至空隙附近,当风速继续提高,空隙附近表面压力卓越频率上升,涡振现象消失。对不同质量参数与阻尼参数的分离式双箱梁进行测振试验,得到了分离式双箱梁涡振最大振幅随质量及阻尼参数的变化关系,发现不同涡振区间的最大振幅对Sc数的敏感程度不同,高风速区间的涡振最大振幅对Sc数更加敏感。通过对分离式双箱梁各气动外形下进行测振试验并采用数值模拟的手段得到时均流线图,发现时均流线图中旋涡的分布位置与分离式双箱梁的涡振性能存在对应关系。根据流场分析,得到了一个涡脱周期内旋涡的发展规律,上游箱尾流区旋涡在下游箱下表面附着后分离促进了分离式双箱梁涡振。提出了双下中央稳定板的涡振抑制措施。根据双下中央稳定板施加前后流场特性的差异,发现双下中央稳定板将空隙附近旋涡作用位置下移,并缩小了旋涡尺寸,削弱了上游箱尾流区涡脱对下游箱的作用。并发现双下中央稳定板存在最优高度及间距,建议双下中央稳定板间距在空隙宽度的四分之一左右,高度在梁高的三分之一至二分之一范围内取值。
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