悬索桥大尺寸主缆施工期驰振性能数值模拟与风洞试验研究

摘要

主缆作为大跨悬索桥的重要传力构件，施工过程中在强风作用下可能会发生驰振，这种大幅振荡会严重影响施工安全和施工工期。目前大跨悬索桥主缆有两种架设方法：平顶型和尖顶型，采用这两种架设方法时由于主缆施工期的断面不同，主缆的驰振性能会有所差异。同时，施工期的猫道距离主缆较近，对主缆存在气动干扰效应，可能会影响主缆的驰振性能。基于此，本文以某大跨径悬索桥为工程背景，进行了如下研究工作：
　　1.选取了了尖顶型施工方法时具有不同断面形状的六个典型主缆工况进行研究。首先，采用风洞试验和CFD（计算流体力学）数值模拟相结合的方法得到了一个尖顶型主缆的气动力系数：
　　（1）为保证数值模拟结果的准确性，对数值模拟时网格尺寸和主缆断面粗糙凹凸对计算结果的影响进行了研究；
　　（2）采用3D打印技术制作主缆节段模型，通过风洞试验的方法得到该主缆在不同风攻角时的气动力系数；
　　（3）将数值模拟和风洞试验结果进行对比分析。然后，采用数值模拟的方法得到六个主缆的气动力系数。最后，利用Den Hartog判据对尖顶型主缆施工期驰振性能进行了分析。结果表明：网格尺寸和模型表面粗糙凹凸对数值模拟结果有一定影响，应选取合理的网格尺寸和计算模型；数值模拟结果和风洞试验结果基本吻合，可以采用数值模拟方法进行驰振分析；六个尖顶型主缆中的五个都有可能发生驰振，这可能是施工期主缆发生大幅振荡的重要原因。
　　2.首先采用数值模拟方法得到了平顶型施工方法时具有不同断面形状的六个典型主缆不同风攻角时的气动力系数。采用和尖顶型主缆研究同样的风洞试验方法得到三个平顶型主缆的气动力系数，并和数值模拟方法的相应结果进行对比验证。最后利用Den Hartog判据对平顶型主缆施工期驰振性能进行了分析。结果表明：随着施工进度的变化，平顶型主缆的驰振力系数为负值的风攻角数量呈上升趋势，因此平顶型主缆发生驰振的可能性随施工的进行逐渐增大。
　　3.为研究猫道对主缆的气动干扰效应，选取尖顶型和平顶型两种施工方案中共五种工况进行研究。首先利用风洞试验方法分别得到不考虑猫道气动干扰影响及考虑猫道气动干扰影响下五种工况的气动力系数，并进行对比分析；然后根据Den Hartog判据对主缆的驰振性能进行分析和对比。结果表明：猫道的气动干扰效应对施工期主缆的阻力系数和升力系数大小有一定影响；猫道对一些工况主缆的驰振性能影响较大，在分析施工期主缆的驰振现象时，猫道的气动干扰效应不能忽略。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 大跨悬索桥驰振研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 大跨悬索桥施工期尖顶型主缆驰振研究

2.1 引言

2.2 施工期尖顶型主缆气动力系数研究

2.3 施工期尖顶型主缆驰振性能研究

2.4 本章小结

3 大跨悬索桥施工期平顶型主缆驰振研究

3.1 引言

3.2 施工期平顶型主缆气动力系数研究

3.3 施工期平顶型主缆驰振性能研究

3.4 本章小结

4 猫道对大跨悬索桥施工期主缆气动干扰效应研究

4.1 引言

4.2 猫道对施工期主缆气动力系数影响研究

4.3 猫道对施工期主缆驰振性能影响分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文