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公铁并行桁架主梁与Π型梁气动干扰效应研究

公铁并行桁架主梁与Π型梁气动干扰效应研究

作者：李鸣鹤湖南大学

学位级别：硕士

随着我国经济发展进入新时期,交通基础设施的建设发展进入新的历史阶段,今后较长时期内,为了满足日益增长交通量,并列桥梁修建量将日益增大,与此同时,近距桥梁气动干扰亟待解决。本文以磨刀门水道特大桥(铁路桥)及磨刀门西江特大桥(公路... 详细信息

随着我国经济发展进入新时期,交通基础设施的建设发展进入新的历史阶段,今后较长时期内,为了满足日益增长交通量,并列桥梁修建量将日益增大,与此同时,近距桥梁气动干扰亟待解决。本文以磨刀门水道特大桥(铁路桥)及磨刀门西江特大桥(公路桥)为工程依托,采用风洞试验与计算流体动力学相结合的方法,对大跨度公铁并行钢桁架梁与Π型梁的静力系数、涡激振动及颤振稳定性气动干扰效应进行研究。论文主要内容如下:(1)首先,简要介绍国内外已建大跨度并行桥梁基本状况,发掘开展此类研究必要性与广阔需求;然后对圆(方)柱、高层建筑群及分离桥面桥梁研究进行了详细综述,最后,根据以往研究基础,针对不足点,提出本文研究内容。(2)开展公铁并行桁架主梁与Π型梁三分力系数气动干扰效应数值模拟。采用数值模拟对单幅铁路桥、单幅公路桥及公铁并行双幅主梁断面静气动力系数进行了研究。分别考虑了成桥状态下单幅铁路桥、单幅公路桥,铁路桥分别位于上、下游4种主要工况下+3°、0、-3°三种攻角共12种成桥状态工况,并将数值计算结果进行对比分析。结果表明:上游断面会降低下游断面升力系数及阻力系数,而下游断面对于上游桥面阻力、升力系数影响不同。桥面间扭矩系数变化没有明显规律。(3)开展公铁并行桁架主梁与Π型梁涡激振动气动干扰效应试验。首先介绍了ANSYS有限元模型建立、动力特性计算过程结果,完成几何缩尺比为1:60的模型制作;开展对单幅公路桥、单幅铁路桥、大跨度公铁并行双幅桥不同风攻角下涡激振动气动干扰规律的风洞试验研究。研究表明:铁路桥位于上游会抑制下游公路桥振动,铁路桥位于下游对会使上游公路桥涡激振动增强。对两种不同设计参数下的公路桥涡振性能进行研究,分别测试单幅公路桥以及双幅桥的涡激振动规律。结果表明:增加桥梁刚度、质量,对于控制扭转振动有较明显的作用,而对于抑制竖向振动作用不大。针对出现的涡激振动,提出两种抗振措施,而其对于最不利工况,即+3°攻角铁路桥位于下游验证控制效果,证明控制效果良好。(4)开展公铁并行桁架主梁与Π型梁涡激振动气动干扰机理数值模拟研究。首先介绍流体计算理论基础,针对单幅公路桥开展流固耦合模拟,得到振幅随风速变化及振动时程曲线。然后对双幅断面开展静态扰流模拟,分析了单幅公路桥、铁路桥与在气动干扰影响下桥面三分力系数及频谱变化,总结归纳了双幅桁架桥(铁路桥)以及Π型桥(公路桥)涡激振动机理。(5)对不同风攻角及风向下,单幅桥铁路桥、公路桥以及双幅桥的颤振稳定性开展风洞试验研究。针对颤振现象提出两种抗振措施,即提高阻尼、“增加裙板+下稳定板”,控制效果良好。

关键词：大跨度公铁并行桥梁钢桁架梁 Π型梁气动干扰效应风洞试验数值模拟控制措施

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串列双幅典型断面三分力系数气动干扰效应

振动与冲击 2015年第5期34卷 6-13页

作者：刘志文陈政清湖南大学土木工程学院长沙410082

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对串列双幅典型断面(矩形断面、Π型断面及流线型断面)三分力系数和斯脱罗哈数的气动干扰效应进行了研究。首先针对宽高比为5的单幅矩形断面分别进行了三分力系数的数值模拟和风洞试验测试,数值模拟... 详细信息

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对串列双幅典型断面(矩形断面、Π型断面及流线型断面)三分力系数和斯脱罗哈数的气动干扰效应进行了研究。首先针对宽高比为5的单幅矩形断面分别进行了三分力系数的数值模拟和风洞试验测试,数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好;然后对串列双幅典型断面不同间距比D/B(D为双幅断面之间净间距,B为单幅断面宽度)对应的三分力系数及斯脱罗哈数进行了数值模拟。研究显示:上游断面阻力系数与单幅断面比较接近,下游断面阻力系数则随间距比D/B的增加而增加;上游断面升力系数、升力矩系数脉动根方差气动干扰因子明显小于下游断面升力系数脉动根方差气动干扰因子,两者均随间距比D/B先增加后减小。

关键词：串列双幅断面三分力系数气动干扰效应数值模拟风洞试验

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门型桥塔驰振气动干扰效应数值模拟

中国铁道科学 2012年第1期33卷 27-34页

作者：李胜利张通陈淮欧进萍郑州大学土木工程学院河南郑州450001 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 三门峡市公路局河南三门峡472000 河南省交通科学技术研究院有限公司河南郑州450000 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024

针对大跨径悬索桥施工期门型变截面桥塔的驰振问题,提出一种有限元与计算流体动力学CFD相结合分析变截面高耸结构驰振的实用数值方法。以东海某大跨径悬索桥北桥塔为例,运用该方法,考虑塔柱间的气动干扰效应,进行门型桥塔施工期典型工... 详细信息

针对大跨径悬索桥施工期门型变截面桥塔的驰振问题,提出一种有限元与计算流体动力学CFD相结合分析变截面高耸结构驰振的实用数值方法。以东海某大跨径悬索桥北桥塔为例,运用该方法,考虑塔柱间的气动干扰效应,进行门型桥塔施工期典型工况的驰振性能分析。结果表明:纵桥向门型桥塔整体和其单根塔柱的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能性;在横桥向,由于门型桥塔受塔柱间气动干扰效应的影响,其驰振性能与不考虑气动干扰时的不同,且倒角截面对门型桥塔驰振性能不利;矩形截面和倒角截面前柱的驰振力系数均大于0,后柱的驰振力系数均存在小于0的情况,且后柱驰振力系数的绝对值大于门型桥塔整体的驰振力系数绝对值;在进行门型桥塔施工期驰振分析时,当无横梁时,要重点研究后柱横桥向的驰振性能。

关键词：悬索桥门型桥塔驰振暂态结构气动干扰效应数值模拟

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串列钝体驰振气动干扰效应的数值分析

东南大学学报（自然科学版） 2012年第6期42卷 1169-1174页

作者：李胜利路毓王东炜郑州大学土木工程学院郑州450001

为了研究不同数量、不同断面形式串列钝体的驰振气动干扰效应,以某大跨径悬索桥桥塔为例,采用CFD数值分析方法研究了双幅桥塔的4个塔柱在4种断面情况下的驰振气动干扰效应,并将其与单幅桥塔的2个塔柱在同样4种断面情况下的驰振气动干扰... 详细信息

为了研究不同数量、不同断面形式串列钝体的驰振气动干扰效应,以某大跨径悬索桥桥塔为例,采用CFD数值分析方法研究了双幅桥塔的4个塔柱在4种断面情况下的驰振气动干扰效应,并将其与单幅桥塔的2个塔柱在同样4种断面情况下的驰振气动干扰效应进行了比较分析.结果表明:当双塔柱矩形断面位于双塔柱倒直角断面桥塔上游或双塔柱倒外凸圆弧断面位于双塔柱倒直角断面下游时,可能发生驰振;对于单幅桥塔的2个塔柱,下游塔柱主要在0°风攻角附近发生驰振,且随着2个塔柱间间距的减小发生驰振的可能性增大;对于双幅桥塔的4个塔柱,由于气动干扰效应的存在,第4个塔柱不易发生驰振,在矩形断面和倒外凸圆弧断面情况下,第2,3个塔柱可能发生驰振失稳.

关键词：串列钝体驰振气动干扰效应 CFD 数值模拟

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空气动力制动风翼板气动干扰效应研究

机械设计 2015年第9期32卷 19-24页

作者：高立强奚鹰邓阁王国华左建勇同济大学机械与能源工程学院上海201804 上海市建工设计研究院有限公司上海200235 同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804

基于三维定常可压缩N-S方程和Realizable k-ε双方程湍流模型,采用有限体积法对空气动力制动风翼板气动干扰效应规律进行了研究,结合某高速列车车型,分别对列车安装两排风翼板和三排风翼板两种情况进行研究,在每种情况下通过调整风翼板... 详细信息

基于三维定常可压缩N-S方程和Realizable k-ε双方程湍流模型,采用有限体积法对空气动力制动风翼板气动干扰效应规律进行了研究,结合某高速列车车型,分别对列车安装两排风翼板和三排风翼板两种情况进行研究,在每种情况下通过调整风翼板之间的轴向间距进行多工况对比分析。结果表明:当两排风翼板轴向间距不断增大时,后排风翼板产生的制动阻力逐渐增大,气动干扰效应不断减弱;当两排风翼板的轴向间距小于15 m时,前排风翼板对后排风翼板的气动干扰明显,当两排风翼板轴向间距超过20 m后,气动干扰效应基本消失;在消除前排风翼板对后排风翼板气动干扰的前提下,第2排风翼板产生的制动阻力相对第1排下降明显,第3排风翼板产生的制动阻力相对第2排下降幅度变缓,第2排风翼板和第3排风翼板产生的制动阻力相对第1排均较小。

关键词：风翼板空气动力制动气动干扰效应轴向间距

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悬索桥骑跨式吊索驰振气动干扰效应数值分析

公路交通科技 2015年第3期32卷 82-88页

作者：李胜利路毓王东炜郑州大学土木工程学院河南郑州450001 河南省许昌市魏都区新型城镇化建设管理委员会办公室河南许昌461000

针对悬索桥骑跨式吊索四根索股相距较近存在较强的气动干扰效应问题,参照某大跨径悬索桥的吊索参数,对骑跨式吊索四圆柱驰振气动干扰效应问题进行了数值研究,得到了四圆柱的阻力和升力系数及其气动力导数,然后,对在上游钝体尾流中的下... 详细信息

针对悬索桥骑跨式吊索四根索股相距较近存在较强的气动干扰效应问题,参照某大跨径悬索桥的吊索参数,对骑跨式吊索四圆柱驰振气动干扰效应问题进行了数值研究,得到了四圆柱的阻力和升力系数及其气动力导数,然后,对在上游钝体尾流中的下游钝体的稳定性进行了分析。结果表明：顺风向上游钝体在风攻角-8°~6°范围内处于不稳定状态,顺风向下游钝体在-6°~0°和4°~6°范围内处于不稳定状态,处于此不稳定区域内的钝体可能会发生驰振。

关键词：桥梁工程驰振数值分析骑跨式吊索气动干扰效应

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串列钝体三分力系数气动干扰效应数值模拟

公路交通科技 2012年第12期29卷 55-62页

作者：李胜利路毓王东炜郑州大学土木工程学院河南郑州450001

为了研究矩形断面、倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面等4种断面的单个和多个钝体存在气动干扰效应的问题,基于有限体积法和SIMPLE算法,对均匀粘性定常流体的雷诺数在亚临界区域的绕流流动进行计算流体动力学(CFD)数值模拟。... 详细信息

为了研究矩形断面、倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面等4种断面的单个和多个钝体存在气动干扰效应的问题,基于有限体积法和SIMPLE算法,对均匀粘性定常流体的雷诺数在亚临界区域的绕流流动进行计算流体动力学(CFD)数值模拟。计算其在不同风攻角、不同倒角尺寸和不同柱体间距情况下的三分力系数,并分析其在不同情况下的气动力系数的变化规律。结果表明:对单个钝体而言,各断面在不同风攻角情况下的阻力系数、升力系数和扭矩系数整体上依照矩形断面、倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面的顺序依次减小,而倒直角断面、倒内凹圆弧断面和倒外凸圆弧断面阻力系数、升力系数和扭矩系数随着倒角尺寸的增大,呈减小的趋势;对这2个钝体而言,由于气动干扰效应,下游钝体无论是在变化趋势上还是在数值大小上和上游钝体相比都发生了较大的变化。

关键词：桥梁工程气动干扰效应数值模拟串列钝体三分力系数

双幅桥面桥梁三分力系数气动干扰效应试验研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2008年第1期35卷 16-20页

作者：刘志文陈政清刘高邵新鹏湖南大学风工程试验研究中心湖南长沙410082 中交公路规划设计院北京100000 山东省交通规划设计院山东济南250000

针对大跨度双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰问题,采用风洞试验方法对某在建大跨度双幅桥面桥梁的气动干扰效应进行研究.分别改变双幅桥面间距、风攻角参数来研究其对双幅桥面三分力系数气动干扰效应的影响.研究显示,双幅桥面桥梁三分... 详细信息

针对大跨度双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰问题,采用风洞试验方法对某在建大跨度双幅桥面桥梁的气动干扰效应进行研究.分别改变双幅桥面间距、风攻角参数来研究其对双幅桥面三分力系数气动干扰效应的影响.研究显示,双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为:下游桥面阻力系数的降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低;上、下游桥面的升力系数和升力矩系数也存在一定的气动干扰效应,但相对而言影响较小,其影响可以忽略.

关键词：双幅桥面气动干扰效应三分力系数风洞试验

基于CFD的大跨度邻近桥梁气动干扰效应分析

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铁道建筑 2018年第2期58卷 18-22页

作者：林震云李永乐汪斌西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究大跨度邻近桥梁的气动干扰效应,本文以2座大跨度桥梁为对象,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究不同间距比和风攻角下气动干扰效应对静力三分力系数的影响,以及不同间距比和折算风速对颤振导数的影响。结果表明:... 详细信息

为研究大跨度邻近桥梁的气动干扰效应,本文以2座大跨度桥梁为对象,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究不同间距比和风攻角下气动干扰效应对静力三分力系数的影响,以及不同间距比和折算风速对颤振导数的影响。结果表明:上游桥梁三分力系数及下游桥梁力矩系数对气动干扰效应不敏感;气动干扰效应对下游桥梁的阻力系数和升力系数的影响与间距比和风攻角有关;下游桥梁颤振导数受气动干扰效应影响大,随间距比与折算风速的变化表现出不同的规律。

关键词：邻近桥梁气动干扰效应 CFD 三分力系数颤振导数大跨度桥梁