基于CFD的分离式双箱梁悬索桥气动性能及涡激振动控制研究

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:andalee
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着悬索桥跨度的增加,结构呈现出刚度小、阻尼低的特点,风振问题变得突出。分离式双箱截面作为悬索桥的常用截面之一,其优点是在高风速条件下能有效提高桥梁的颤振性能。但是,由于中央开槽的存在,截面的绕流场变得十分复杂,容易使得桥梁在特定风速条件下的涡激振动性能恶化。本文基于计算流体力学软件Fluent,以某大跨度悬索桥为工程依托,进行了如下研究工作:
  1.为了研究分离式双箱梁断面三分力系数的参数敏感性,首先通过CFD建立了分离式双箱梁断面的二维流场模型,计算提取了截面在静风作用下的三分力系数,基本确定了数值模拟计算结果的准确性。对三分力系数的雷诺数效应和与结构设计参数之间的关系进行了研究,得出了三分力系数随雷诺数与结构设计参数的变化规律。主要结论有:
  (1)低雷诺数条件下,三分力系数更易受雷诺数变化的影响。阻力系数相比升力系数和力矩系数对雷诺数更加敏感,需优先考虑;
  (2)截面阻力系数和升力系数随截面开槽率的增大有增大的趋势,截面开槽率对力矩系数影响不明显;
  (3)H/B≈0.3时截面的阻力系数基本处于最小值,升力系数随H/B的增大而减小,力矩系数变化规律与升力相反;
  (4)减小风嘴的角度可以减小截面的阻力系数和升力系数绝对值。
  2.基于Newmark-β法,对分离式双箱截面悬索桥进行了主梁涡激振动数值模拟,计算分析了特定风速条件下截面的涡激振动响应,探讨了截面涡激振动振幅与风速、攻角的关系,分析了分离式双箱截面发生涡激振动的机理。主要结论有:
  (1)计算截面在0°攻角条件下没有发生涡激振动,在±3°、±5°攻角条件下,风速为7.0m/s、10.5m/s时均发生了明显的涡激振动;
  (2)根据涡量云图,发生涡激振动的截面在中央开槽处和下游截面上下缘均出现了漩涡的交替脱落,对截面产生交替作用的力,从而导致了截面涡激振动的发生。
  3.为研究竖向、横向稳定板对分离式双箱梁悬索桥涡激振动的控制,基于Newmark-β法,对各个风速条件下,六种带有不同稳定板的分离式双箱截面进行了涡激振动计算分析。通过与原型截面涡激振动计算结果的比较,分析了制振措施对涡激振动的控制效果,得出了较优的布置方案。对稳定板实现涡激振动控制的制振机理进行了研究。主要结论有:
  (1)在带有竖向稳定板的三种截面中,稳定板高度相对最小的截面对涡激振动具有最好的控制效果,在所有工况中均没有出现明显的涡激振动;
  (2)在带有横向稳定板的三种截面中,上下侧均布置稳定板的截面对涡激振动具有最好的控制效果,在所有工况中均没有出现明显的涡激振动;
  (3)合理的气动措施能够有效限制了涡团的产生,避免桥梁结构随时间发生周期性振动,大幅度降低作用在截面上升力的幅值。
  4.基于计算流体力学和Newmark-β法,研究了截面中央开槽处的内侧风嘴构造对截面涡激振动的控制效果。通过对六种不同的内侧风嘴进行涡激振动计算分析,比较得出了在各个条件下,涡激振动控制效果较好的内侧风嘴布置方案,分析了实现涡激振动控制的制振机理。主要结论有:
  (1)涡激振动对截面内侧风嘴的位置和角度十分敏感,根据风嘴角度的不同,风嘴对涡激振动的控制效果有很大的差异;
  (2)风嘴角度最小的两种截面对涡激振动的控制效果最优,仅在部分工况下出现了轻微的涡激振动,振动振幅减小了90%以上;
  (3)合理的内侧风嘴可以有效地改善分离式双箱截面的扰流特性,避免低风速下主梁断面随时间发生周期性交替脱落的涡团,从而抑制分离式双箱截面的涡激振动。
其他文献
由于劲性骨架钢筋混凝土结构有着良好的抗压、防腐、抗火、抗震等性能,故在土木工程上得到了广泛的引用。对于拱桥而言,恰好对抗压、抗震能力有着较高的要求,拱桥在跨径取得巨大突破,劲性骨架钢筋混凝土拱圈功不可没。  但由于劲性骨架钢筋混凝土结构并不是简单的弹性体,结构材料还有很大一部分能工作的强化段,不同材料之间有着复杂的作用,使得该类桥型的承载能力和变形不是简单的线性相关,而承载能力又关系到该类桥安全性
随着大跨径钢管混凝土拱桥的大量建设,钢管混凝土拱肋的灌注过程作为施工中的关键阶段得到了越来越多的关注。不同的灌注次序对拱肋及成桥的应力、位移、稳定性均有不同程度的影响。随着跨径的增大,灌注次序是否具有普遍性又需要进一步探讨;随着管径的增加,管内混凝土的水化热问题也随之突显。因此,本文根据实际工程项目针对钢管混凝土拱肋的灌注次序及混凝土灌注过程中的水化热问题展开讨论,主要内容包括:  (1)以找龙坝
钢管混凝土拱桥跨越能力强、施工快捷、景观性好,大多修建在山区、河流等水气富足的区域。随着服役时间的增长,受到空气中水分、盐分及腐蚀气体的影响,钢管会发生点蚀、局部锈蚀甚至是全断面锈蚀。钢管锈蚀会减少钢管的有效承载面积,导致钢管应力增大、套箍效应降低等问题。目前对钢管混凝土拱桥的锈蚀研究主要集中在防腐措施上,而对于锈蚀后钢管混凝土拱桥剩余承载力的研究尚处于起步阶段。为此,本文开展均匀锈蚀对钢管混凝土
预应力结构具有提高结构承载力、抗裂等优良性能。目前预应力结构广泛应用于核设施,大跨度桥梁等重要基础设施。随着预应力结构的广泛应用,一些常见病害也随之出现。预应力损失、预应力锈蚀等问题威胁着结构的安全运行。由于运行环境的复杂多变,结构样式的不同、上部作用荷载的差异都导致了预应力结构进行结构健康检测的难度,可说环境作用对有效预应力的检测有着重要影响。目前预应力检测是一项世界性难题,而腐蚀作为一种常见病
劲性骨架箱形混凝土拱桥通常是在合龙成拱的劲性骨架上分环分段浇筑混凝土,但工序复杂、浇筑时间长,后期混凝土收缩徐变大。为此,渔塘特大桥拟采取拱箱底板混凝土随劲性骨架一起场地预制,拱箱顶板则采用部分预制、部分现浇的施工方案,将预制板作为顶板混凝土底模,成桥后作为拱箱顶板的一部分参与受力。由此在顶板混凝土出现一个结合面,在轴向力和弯矩共同作用下,结合面的工作性能将直接关系到主拱圈的力学行为。因此,本论文
我国是桥梁大国,预应力混凝土桥梁在我国在役桥梁中占举足轻重的地位,随着运营时间的增长,由纵向预应力损失带来桥梁跨中下挠等问题逐渐显现出来,影响行车的安全性和舒适性,严重的还造成桥梁垮塌,给人身安全和国民经济带来威胁。钢绞线作为预应力混凝土结构的预应力提供者,其有效预应力的大小直接影响整个结构的使用性能,但由于各类预应力损失之间相互影响,给结构内钢绞线有效预应力的精确计算带来很大难度,而通过有效的预
仿生学给桥梁设计带来新的思路与方法,有助于推动桥梁设计形式创新。选取龟壳结构作为拱桥的仿生设计研究对象。从相关的的桥梁仿生文献来看,关于龟壳仿生拱桥的研究尚少见。因此,基于龟壳的拱桥仿生设计研究具有重要意义。  本文研究的目的:揭示龟壳结构力学特性;将龟壳与拱桥结合研究,给后来研究者提供桥梁仿生研究的思路和方法;通过仿生设计,设计出新型仿生拱桥断面形式;进一步优化传统钢筋混凝土拱桥,减少材料损耗,
学位
装配式和钢-砼组合结构是现代桥梁建设发展的两个趋势,钢-砼组合梁桥装配式建造的关键之处在于预制混凝土桥道板与钢梁间的连接构造。本文依托导师主持的交通运输部科技项目“整体/半幅装配式钢-砼组合简支梁桥建造技术研究”(2018-MSI-019),对课题组提出装配式钢-砼组合梁桥的PCSC剪力联结构造开展了初步的理论分析和试验研究,主要研究内容如下:  (1)以侧挡板-砼界面是否脱粘和先后浇砼界面层脱空
桥梁的经常性安全巡检目前大多采用的是人工目测打分评估的形式,其有效性极大程度上依赖于维护管养工人的专业素质。为寻找一种相比人工经常性巡检更高效、客观、量化的人工安全巡检替代方法,智慧化感知桥梁安全状态,预防灾害事故发生,本文依托导师承担的国家自然科学基金项目“基于影像轮廓线叠差分析获取桥梁全息变形及结构状态演绎方法探索(51778094)”,结合有限元分析与室内模型桥试验,开展了基于特征挠曲线曲率
学位
如今,能源短缺、空气污染和全球变暖成为人类所面临的严重问题,近年来,浅层地热具有储量丰富、环保、高效、节能、稳定可靠等特点,引起了许多国家的关注。但浅层地热能在我国西南基岩地区的使用还存在诸多问题:(1)初投资较高、占地面积较大;(2)夏季冷负荷大于冬季热负荷,导致换热性能降低。针对以上问题,本文依托重庆实际办公楼为实验基础,从地埋管结构、地埋管材料及回填材料三方面对提高地埋管的换热性能进行了研究
学位