大攻角来流作用下扁平钢箱梁涡振性能风洞试验优化研究

大攻角来流情况下,流线型箱梁的气动特性会发生显著变化,为研究大攻角来流作用下扁平钢箱梁涡激振动性能,以某流线型扁平钢箱梁断面为研究背景,基于1∶40节段模型风洞试验,研究了检修车轨道位置和检修车轨道导流板设置、桥面防撞护栏类型、人行道防撞护栏类型以及阻尼比和攻角等对加劲梁涡激振动性能的影响。研究结果表明,在大攻角来流作用下,改变人行道护栏类型对竖向和扭转涡激振动响应具有明显的影响;桥面防撞护栏对加劲梁涡振响应影响较小;背风侧检修车轨道是引起加劲梁涡激振动的主要影响因素;检修车轨道内侧导流板能够有效的抑制竖向涡振,外侧导流板能减小扭转涡振的风速区间。     

分体式双箱梁涡振气动控制措施数值模拟

分体式钢箱梁可较大幅度提高颤振临界风速,但较容易引起桥梁涡振,以国内某大跨悬索桥涡激共振为背景,对分体式双箱梁分别增设风障、导流板和纵向格栅后的涡振响应进行纯数值模拟,对比分析了导流板和纵向格栅在一阶正对称竖弯、一阶反对称扭转和七阶竖弯模态,风攻角范围为+3°～-3°情况下的涡振控制效果,基于上述气动措施的流场特性,对其涡振减振机理进行了研究。研究结果表明,风障可以有效降低竖弯涡振振幅,但对扭转涡振振幅具有放大作用;导流板的涡振控制效果与风攻角和风速有关;纵向格栅对正、负风攻角下的竖弯和扭转涡振均有很好的控制效果。     

大攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振性能的影响

为探究大攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振性能的影响,对寸滩长江大桥主梁进行了风洞试验。应用Matlab软件模拟桥面粗糙度变化范围,根据模拟结果选取对应的砂纸在试验中模拟桥面粗糙度,分析了攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振区间及幅值的影响。试验研究表明:在大攻角下扁平钢箱梁的涡振振幅和范围明显增大,对桥址位于山区等容易发生大风攻角的地区的桥梁应进行大攻角试验。扁平钢箱梁的涡振响应随着桥面粗糙度增大而减小。正攻角范围内,桥面粗糙度对涡振响应的影响随着攻角减小而增大。桥面粗糙度发生变化时,扭转涡振响应更加敏感,变化幅度大于竖向涡振响应变化幅度。     

基于表面风压分析的分离式双箱梁流场特性研究

为研究分离式双箱梁流场特性,以某分离式双箱梁断面斜拉桥为研究对象,采用节段模型测振与测压试验的方法得到分离式双箱梁不同状态下的表面风压,通过对风压进行分析处理得到不同状态下风压脉动主频分布及平均风压系数分布.在振动状态下,对扭转涡振锁定区间内及超出扭转涡振锁定区间后分离式双箱梁模型表面风的压力脉动主频分布区域的变化进行...     

基于大涡模拟的火灾数值模拟网格划分优化方法

摘 要：网格划分是火灾数值模拟的重要环节,对模拟结果的精度以及模拟时间有很大影响。针对火灾数值模拟中的网格划分问题,提出了一种基于大涡模拟的网格划分优化方法。根据大涡模拟的原理,给出了滤波尺度的计算方法,并根据滤波尺度和网格比系数对火场中不同区域的网格尺寸进行优化处理。将优化方法应用于高层建筑火灾的数值模拟,运用FDS软件分别针对优化前网格、优化后网格以及精细网格进行数值模拟,对不同网格划分下的温度、氧气和二氧化碳体积分数进行比对。结果表明：网格优化后,模拟结果与精细网格之间相关系数的均值为0.987,保证了模拟精度;同时,模拟运行时间降低为精细网格的16%,有效提升了火灾模拟的计算效率。     

斜拉索上水线气动性能的大涡模拟研究

上水线在斜拉索上表面的形成是拉索发生风雨激振的关键因素,目前上水线的形成机理尚不清楚,现有风洞试验方法难以研究作用在上水线上的风致表面摩擦力。采用大涡模拟方法,针对带上水线拉索模型,研究水线处在不同位置时,作用在拉索和上水线上的平均气动力特性,得到作用在上水线上的风致压力和风致表面摩擦力随水线位置的变化规律。研究表明:上水线受到的摩擦气动力与压力气动力为同一量级,在研究水线形成机理时不可忽略;在一定的来流风速范围内,摩擦气动力和压力气动力的合力可使上水线稳定在使拉索气动力发生剧烈变化的位置;在过小的风速下,水线不会稳定在拉索表面;而过大的风速会使水线远离使拉索气动力发生剧变位置。首次得到上水线摩擦气动力系数随水线位置角变化的曲线,有助于建立更准确的水线运动微分方程和更精细的拉索风雨激振理论分析模型。     

错列圆柱的三维大涡模拟

文章基于计算流体力学软件FLUENT,采用大涡模拟中的WALE亚格子模型对Re=3900不同风向角下的双圆柱绕流问题进行了三维数值模拟,研究了双圆柱的涡脱形式,获得了尾流相对速度与风压系数的分布曲线,得到了三分力系数以及Strouhal数随风攻角的变化规律,通过对云图的分析,探讨了风向角为8°时出现升力峰值的原因。计算结果表明:对于中心距为3D的错列圆柱,存在一个临界风向角,以该角度为分界点,圆柱之间流体会出现两种不同的流动形态,当α8°时,柱体之间的漩涡破碎程度较高,导致升力系数与阻力系数时程曲线变化紊乱;当α8°时,两圆柱尾涡会相互融合,使得升力系数与阻力系数时程曲线变化更具规律性;当α=8°时,由于分离泡、间隙流与边界层分离的共同作用,导致下游圆柱的升力系数出现最大值。     

半开口分离双箱梁涡振性能及其气动控制措施研究

基于某主跨820m混合梁斜拉桥,利用刚体节段模型风洞试验结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,系统研究了半开口分离双箱梁的涡振性能并进行一系列气动控制措施的探讨。该断面成桥状态在+3°或+5°风攻角下会产生大幅竖弯涡振,来流上游侧检修道栏杆处的气流分离起主导作用,检修车轨道对竖弯涡振有放大作用,这主要源于其后方连续产生的小尺度漩涡在断面下部开口内汇聚,形成了能量集中的大尺度漩涡。采用不同形式的检修道栏杆或改变风嘴角度对竖弯涡振控制效果不理想,将风嘴向外延伸可以有效降低振幅,但要保证检修道栏杆不移动,工程实用性较差。下中央稳定板基本没有抑制效果|水平翼板和抑流板都能有效控制竖弯涡振,其中水平翼板可以延缓漩涡能量的集中降低涡振振幅,但不能完全抑制振动,而且大攻角下会延长涡振风速区间|抑流板则直接通过抑制断面上表面漩涡的形成而有效控制涡振发生。     

不同侧风下航空器近场尾涡的大涡模拟

为了保障航空运输安全和高效,采用大涡模拟仿真方法开展不同侧风下航空器近场尾涡的研究。阐述了大涡模拟的工作原理,构建了A320机翼模型及具有高网格质量的计算域进行仿真,模拟得到了无风条件下的尾涡。进一步研究侧风对尾涡的影响,通过模拟仿真得到了正侧风为3、5、7、10 m/s下的近场尾涡,通过数值拟合及量化分析得到了尾涡演化规律和发展趋势,并分析了侧风对尾涡涡量以及尾涡在侧向、垂直方向上移动距离和扩散速度的影响,为精确认识和规避尾涡提供了一定的参考。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

大跨宽幅箱梁支承体系受力分析及应用

根据力法原理,推导出了横向三支座桥梁的支反力计算公式,并研究了桥梁横向整体刚度、支座弹性约束刚度等对支座受力分布的影响,同时建立有限元模型验证了公式的正确性,最后指出该公式计算方法简单易行、精确度高,能较好的满足工程需要。     

基于长期实测数据的大跨悬索桥扁平钢箱梁温差特性研究

温度应力是影响大跨桥梁结构全寿命性能的主要因素之一,合理的温度场分布模型是准确计算结构温度应力的基础。基于润扬大桥悬索桥结构健康监测系统的监测数据,详细分析润扬大桥悬索桥扁平钢箱梁为期一年的实测温度结果,得出横截面不同位置温度随时间的变化规律,提出扁平钢箱梁同一横截面上不同测点之间温差的概率分布模型,确定不同横截面具有一定重现期的温差标准值,总结用于温度应力计算的横截面温差模式。分析结果表明:①扁平钢箱梁的温度场具有明显的季节特征;②横截面各个测点之间的正温差和负温差均可以通过Weibull分布函数和正态分布函数的加权和来描述其概率分布;③同一横截面上不同测点之间有不同的温差标准值,但不同截面对应位置的温差标准值十分接近;④扁平钢箱梁顶板存在三种不同的横向温差模式。研究结果可为大跨悬索桥全寿命评估提供参考。     

组合钢箱梁桥荷载试验检测技术研究

为研究某跨度为54m的钢-混组合箱梁桥的整体受力性能,对该桥进行了静、动载试验,并根据试验和理论计算结果对其承载能力及工作性能进行了评价。试验和理论计算结果表明:该桥在静载作用下的控制截面的应力和变形满足设计要求,在动载作用下测试所得的自振频率和冲击系数与理论分析计算结果基本一致。     

基于风洞试验的双塔楼超高层建筑风荷载与风致响应

当超高层建筑的高度和间距都比较接近的时候,相互的干扰效应对结构的表面风荷载与结构的风致响应都会产生较大影响。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了双塔楼超高层建筑表面各测点的风压时程。在此基础上,通过数据处理,得到结构的三维动力风荷载模型,进而分别采用频域法进行结构动力响应分析。最后,通过分析结构表面风荷载与风致响应,研究了塔楼之间的干扰对结构风荷载的影响以及对结构风致响应的影响,结果表明:当双塔连线与来流方向平行时,三维风荷载和风致响应都会明显增大,干扰效应影响十分明显。