张皋过江通道南航道桥作为张皋过江通道的控制性工程,主桥采用主跨为2300 m的悬索桥设计,主梁采用扁平钢箱梁设计(宽度达51.7 m),跨中桥面距离海平面高度达77 m,具有桥梁跨度大、主梁宽度大、桥面高等特点。以上特性均导致了该桥对风的作用极为敏感,颤振设计面临着前所未有的挑战。研究表明该桥原设计断面无法达到颤振设计要求,就如何提高该类2000 m级整体钢箱梁悬索桥的颤振稳定性,采用1∶50节段模型风洞试验进行了研究。试验结果表明,上中央稳定板、下中央稳定板、水平稳定板以及改变人行道板倾角等传统气动措施已无法满足该类超大跨度桥梁的颤振设计需求,但在设置上、下中央稳定板的基础上,在人行道板端部设置斜45°导流板可显著提高该桥在各风攻角下的颤振临界风速至满足颤振设计要求,并通过1∶196全桥气弹模型风洞试验对该组合气...

作为大涡模拟(LES)的唯一模型参数,经验Smagorinsky常数(CS)与特定的流动条件有关。为研究扁平箱梁气动特性LES的合理CS取值,开展了CS值在0.032~0.7范围以及动态亚格子黏性模型的多工况LES模拟,通过与风洞试验结果的对比,分析了主梁气动特性随CS值的变化。研究认为CS值不同时主梁表面压力和气动力的平均值差别不明显,其结果也与风洞试验吻合良好;但CS值的变化对主梁表面压力和气动力的均方根(RMS)值影响明显,结果也与风洞试验存在较大差异,CS值增大导致气动力脉动降低甚至无脉动;LES采用动态亚格子黏性模型无法给出主梁涡脱和表面压力的合理估计。在0.064≤CS≤0.27区间,LES均能给出与风洞试验一致的主梁涡脱单频和St值估计;从捕捉流动的非定常特性考虑,建议CS在上述范围内取小值。研究认为,CS增大导致亚格子湍流黏性增大,流动的耗散作用增强,降低了LE...

文中主要研究了扁平箱梁气动力的展向相关特性,主要手段采用风洞节段模型测压试验。首先通过CFD数值模拟进行了主梁的气动力特性及外部绕流特性分析,明确了试验布点方案,最后进行了风洞节段模型试验,分析了改变风攻角和展向间距时,气动力、测点压力的展向相关性。结果表明扁平箱梁的气动力展向相关性在展向间距增大时减小;正攻角时,风攻角越大,上表面测点压力的展向相关性越强,而负攻角时变化不敏感。

为了研究扁平箱梁气动力展向相关性,文中通过节段模型风洞试验,分析了风攻角变化时,模型的气动三力展向相关性。结果表明展向间距增大时,气动力的展向相关性减小,同一展向间距下,升力的相关性最强。模型上表面测点压力与升力在中游时相关性最强,与扭矩负攻角随着攻角增大先增后减,下游相反;正攻角时为先增后减。

为研究宽高比对扁平箱梁气动力特性的影响规律及流场机理,以国内某跨海大桥初步设计方案为背景,在7个风攻角下对4个不同宽高比的扁平箱梁进行了数值模拟研究,得到了扁平箱梁的三分力系数、风压系数和时均流线图。研究表明,扁平箱梁的阻力系数受宽高比的影响比升力系数和扭矩系数显著。宽高比的增加会使扁平箱梁受到的阻力减小,但会使其受到更大的升力和扭矩。不同宽高比下扁平箱梁所形成旋涡的位置基本相同,但大小和强度不同,这直接导致了扁平箱梁所受气动力的变化。

桥梁节段模型试验研究的顾虑之一,是制作扁平箱梁节段模型时各个棱角制作误差,比如棱角圆化对其气动力和涡脱特性的影响,但至今未见相关报道。该研究采用雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程和SST k-ω湍流模型对大带东桥主跨扁平钢箱梁开展了计算流体动力学模拟(CFD)。在节段模型制作误差可能导致的棱角圆化半径范围内,对比了加劲梁绕流形态、平均气动力系数和漩涡脱落S t数。研究表明:扁平箱梁棱角小半径圆化时半径的增大使得局部流动的分离强度减小,但分离点位置不再固定;模型棱角圆化对扁平箱梁平均气动力和漩涡脱落S t数的影响可忽略不计;前缘棱角圆化后加劲梁气动特性的Re效应不明显。研究认为,可不考虑加劲梁风洞试验模型棱角小半径圆化对主梁气动特性的影响,因而CFD模拟时加劲梁风嘴前缘棱角可作小半径圆化处理,以降低网格数量、提高...