超大跨度分离式三钢箱主梁颤振特性影响因素研究

摘要

超大跨度桥梁是现代跨海跨江大桥建设的一个重要方向，人们已经设计完成3300米跨度的超大跨度桥梁。但由于超大跨度悬索桥的结构更细长、更轻柔，阻尼比更小，结构自振频率低，抗风性能已经成为超大跨度桥梁设计的重要控制因素。桥梁的主梁断面形式与桥梁的颤振性能密切相关，因此，开展桥梁主梁断面的颤振影响因素研究，对提高主梁颤振临界风速具有重要意义。
　　首先，回顾了大跨度桥梁在国内外发展的历程，针对大跨度桥梁在强风作用下的各种振动问题，指出桥梁颤振性能研究的必要性。然后就桥梁颤振问题叙述了其目前的研究方法，综述了颤振研究的风洞试验和数值模拟分析方法，并指出了二者的特点及应用范围。
　　其次，叙述了已有的计算流体动力学的基础知识，依据以往用于桥梁颤振导数的识别方法，进行了分离式箱梁的颤振导数识别，并与理想平板的数学解析式求得的颤振导数对比，证明了该数值模拟方法的正确性，并且将该方法应用于该分离式箱梁的各个气动措施的各方案颤振导数求解。
　　再次，介绍了二维桥梁颤振分析的两种常见方法的推导过程及计算原理，根据其计算原理编写了二维三自由度耦合颤振分析方法和二维桥梁颤振直接分析方法的计算程序。采用两种计算程序计算平板的颤振临界风速，对比平板风洞试验的结果，证明两种方法的正确性。将两种方法应用于扭弯频率比接近于1的桥梁颤振分析，研究其计算过程得出两种方法的优劣性和适用范围。
　　最后，为了研究栏杆透风率、稳定板、箱梁间距对分离式三钢箱主梁颤振性能的影响，设计了不同透风率的栏杆、不同数量的水平稳定板、不同箱梁间距三种气动措施的九种方案，通过风洞试验对比各方案的颤振性能，研究了各气动措施对分离式三钢箱主梁颤振特性的影响，获得了颤振最优方案。利用数值方法求解各方案的颤振临界风速，通过与各方案风洞试验得到的颤振临界风速对比，验证该数值方法的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 大跨度桥梁的发展

1．2 桥梁的抗风与颤振研究的进展

1．2．1 桥梁风致振动

1．2．2 颤振研究的进展

1．3 颤振导数及颤振临界风速研究

1．3．1 风洞试验

1．3．2 数值模拟分析

1．4 本文的工作内容

第2章 CFD相关理论及动网格技术

2．1 流体控制方程

2．2 湍流的模拟

2．2．1 湍流模拟方法

2．2．2 SST k-ω湍流模型

2．3 动网格原理

2．3．1 动网格问题的提出

2．3．2 动网格的生成

2．4 本章小结

第3章 基于Fluent的分离式箱梁颤振导数识别

3．1 工程概况

3．2 数值模型的介绍

3．3 计算区域的设定

3．4 颤振导数的识别

3．5 不同工况下桥梁断面的颤振导数

3．6 本章小结

第4章 两种典型颤振临界风速求解方法对比研究

4．1 二维三自由度耦合颤振分析方法

4．1．1 解耦各自由度振动效应

4．1．2 二维三自由度耦合振动分析

4．2 二维桥梁颤振直接计算方法

4．3 理想平板颤振验证分析

4．4 两种颤振分析方法的适用性

4．5 本章小结

第5章 分离式箱梁颤振临界风速影响风洞试验研究

5．1 不同栏杆形式的影响

5．2 水平稳定板的影响

5．3 箱梁开口间距离影响

5．4 数值计算与试验对比

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科研项目