文档介绍
| 随着大跨度斜拉桥、悬索桥的不断涌现,桥梁结构正朝着更细长、更轻柔的方向发展,对风荷载的作用也越来越敏感。桥梁的风致振动不仅影响桥梁自身结构的安全性和耐久性,对桥上车辆行驶的安全性和舒适性也有重要的影响。因此,对桥梁气动弹性现象开展研究,对提高桥梁抗风性能,抑制桥梁风致振动有着重要意义。计算流体动力学(简称CFD)以其计算成本底、周期短、参数修改方便等优势,近年来在桥梁抗风领域的应用越来越广。本文以商用CFD软件FLUENT为工具,将结构视为运动的刚体,研究空气与桥梁之间的流固耦合作用。将Newmark方法嵌入到FLUENT软件中,对刚体运动进行数值求解,刚体位置的更新则通过动网格技术实现。首先,建立了二维方柱静态绕流模型,对不同湍流模型的计算结果与相关文献进行对比,选择了模拟结果较好的k-co SST模型作为本文研究所使用的湍流模型。然后,模拟计算了竖向单自由度振动方柱在不同风速下的阻力系数和斯托罗哈数的变化情况,模拟了涡激共振现象,并与静态绕流进行了对比。其次,建立了具有坚向振动和扭转振动二自由度的薄平板模型,并识别了该平板的颤振导数。接着对其颤振临界风速进行了逼近计算,并将计算结果与抗风规范的理论公式解进行了对比。同时,通过改变结构阻尼比的大小,研究了结构阻尼对颤振临界风速的影响。随后还研究了零风速条件下平板气动阻尼的影响因素。最后,以某工程实例的风洞试验结果作为对比,建立了某大跨度悬索桥施工阶段主梁的二维节段计算模型。结合风洞试验数据以及数值模拟的相关结果,对模型的阻尼比进行了修正,并对修正阻尼比之后的模型进行了颤振临界风速的计算,结果与风洞试验吻合较好。对涡振试验模型也进行了阻尼比修正,并验算了截面的涡振性能,在2m/s至8.8m/s风速范围内,没有发现明显的涡振现象。根据计算结果,本文采用的CFD-CSD耦合分析方法能够研究理想方柱绕流和薄平板模型绕流。对桥梁结构颤振临界风速的计算也与风洞试验吻合较好,对桥梁截面的涡振性能也能进行相关模拟。总之,本文所提出的CFD-CSD耦合分析方法对桥梁抗风性能研究具有一定的参考价值和借鉴意义。 |
文档标签:
流体力学
