倒L型导流板对Π型主梁断面涡振特性影响试验研究

作     者：熊川 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王峰

授予年度：2021年

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] 

主      题：Π型断面 涡激振动 倒L型导流板 风洞试验 静态绕流 

摘      要：Π型主梁断面近年来在大跨径的桥梁建设中受到设计人员的青睐,但开口的钝体形式和较流线型断面更复杂的绕流特性,使其气动稳定性较差,并且大跨桥梁结构由于质量轻、阻尼小,风致涡振特性更为敏感,因此需要考虑合适的抑振措施对此加以改善。气动措施作为主梁涡振控制技术中的一种,通过对主梁断面气动外形优化来改善断面的涡振性能,具有良好的适用性。常用的气动措施包括风嘴、稳定板、扰流板、导流板等,其中系统性地针对倒L型导流板对Π型主梁断面的抑振效果的研究还相对有限。为了降低风洞试验中选取该措施的盲目性,故本文针对大跨桥梁Π型主梁断面展开研究,通过同步测振、测压风洞试验与数值模拟方法,对该措施的抑振效果及机理进行了分析,主要内容包括:（1）介绍了Π型主梁断面的发展历史以及应用实例,调研了多座运用该类断面的桥梁结构基本参数,并以此为参照设计了宽高比为10:1的Π型主梁断面刚体节段模型,从而对其涡振特性进行研究。试验结果表明:该断面在多种工况下都具有显著的涡激振动现象,竖弯及扭转涡振存在双锁定区间,高风速锁定区间出现振型重叠现象。（2）针对该断面的涡振现象,通过设置不同长度外挑悬臂进行气动外形优化,并将其与梁高的比值参数化为悬臂外伸系数,研究Π型断面在不同气动外形下的涡振特性规律,并结合同步测振、测压试验,从表面压力分布的角度分析了该气动外形变化对涡振特性影响的原因。结果显示,Π型主梁断面扭转涡振响应对悬臂外伸系数更加敏感,其扭转振幅在该系数大于1时基本消除。（3）通过仅设置单侧能够有效抑振的倒L型导流板,发现倒L型导流板对主梁涡振的抑振效果主要在于迎风侧,而背风侧导流板对涡振响应影响不明显。不同尺寸倒L型导流板抑振效果的研究表明,倒L型导流板的水平宽度b取[0.5D,D]（D为梁高）,竖向裙板长度a取[0.33D,0.5D]（a和b不能同时取最小值）,可以有效抑制竖弯及扭转涡振。进一步结合表面测压试验和CFD数值模拟技术,发现增设倒L型导流板有效地削弱了原断面上下表面的流动分离,降低了分离区脉动值,减小了上下表面周期性压差,破坏了断面局部气动力与整体气动力的相关性,从而抑制了涡振的发生。