流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施

作     者：刘志文 江智俊 黎晓刚 邵超逸 王灿东 陈政清 LIU Zhi-wen;JIANG Zhi-jun;LI Xiao-gang;SHAO Chao-yi;WANG Can-dong;CHEN Zheng-qing

作者机构：湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 广州市高速公路有限公司广东广州510290 中交公路规划设计院有限公司北京100120 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2022年第35卷第11期

页      面：133-146页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51778225 52178475) 

主　　题：桥梁工程 涡激振动机理 计算流体动力学 流线型钢箱梁 风洞试验 气动控制措施 

摘      要：以某主跨390 m的独塔流线型钢箱梁斜拉桥为工程依托,采用风洞试验与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)相结合的方法对流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施进行研究。首先,采用几何缩尺比为1∶30的主梁节段模型进行主梁涡振性能与气动控制措施优化研究;其次,采用CFD方法对主梁涡振响应进行流固耦合计算,将Newmark-β算法嵌入ANSYS Fluent用户自定义函数(User Defined Functions, UDFs)实现主梁结构振动响应求解,同时结合动网格技术实现主梁断面流固耦合分析;并根据判断条件来检索箱梁壁面上的网格单元,以获得主梁断面振动过程中的表面压力,然后结合主梁结构振动响应、表面压力以及流场特征等对主梁涡激振动机理进行分析。结果表明:该桥主梁原设计方案存在涡激共振现象,将梁底检修车轨道内移120 cm可有效抑制主梁涡振响应;主梁涡激振动响应的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好;检修车轨道内移120 cm后主要改变了箱梁下表面平均压力系数分布特性,且箱梁表面各测点脉动压力卓越频率不一致,有效减小了主梁涡激振动响应;流线型箱梁靠近迎风侧的“被动区域对结构涡振响应贡献较小,背风侧“驱动区域发生周期性旋涡脱落是影响流线型箱梁涡振的主要因素。