基于计算流体力学(CFD)方法,计算风对桥梁的静力作用。首先在二维和三维风场环境中,分别计算了同一桥梁断面的三分力系数,将其与风洞试验结果进行了对比。然后在三维风场下,分别以扁平箱梁、分离式双边箱梁和∏型梁三种经典桥梁断面为结构模型,建立-5°～+5°共11个风攻角下的流场模型,以剪切应力输运k-ω模型为湍流模型,提取不同攻角下的三分力系数,绘制了桥梁结构模型周围的风场特征图,包括压力云图、速度和旋涡的分布图,分析不同桥梁断面形式的抗风性能。结果表明,三维的计算结果更加接近试验值,其阻力系数和升力系数与试验值的误差分别为1.36%和0.054%。通过三维数值分析得到的数据可以初步确定抗风性能好的断面类型,能为大跨度桥梁的设计与研究提供重要参数。

为克服大跨度桥梁主梁断面气动选型过程中几何参数多、潜在组合多、试验工作量大的难题,提出基于“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略的桥梁断面气动外形优化方法。以某大跨桥梁中央开槽箱梁颤振性能优化为例,采用该方法进行气动外形优化。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟,首先通过“均匀试验设计”合理选取CFD分析工况,再利用“Kriging代理模型”以尽可能少的工况建立主梁几何参数-颤振临界风速关系模型,基于该模型分析不同几何参数对桥梁颤振性能影响规律,获取最优主梁断面。结果表明“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略能够在保证模型精度的前提下显著减少计算工况,工作量仅为遍历性试验的0.68%;CFD数值模拟、试验设计与代理模型策略的结合可以快速评估不同几何参数对抗风性能的影响规律,在背景桥梁主梁高度和行车道宽...

桥梁的气动选型对于大跨度桥梁建设影响重大,准流线型桥梁断面具有较好的气动外形。为了进一步探究该种断面的气动特性,选取某个大跨度桥梁准流线型桥梁断面为研究对象,通过风洞试验测得模型表面风压分布,并分析其变化规律。结果表明模型上表面前半部分存在明显的气流分离与再附;下表面仅存在分离过程,没有出现再附;模型上表面腹板和下表面左侧斜腹板存在较大脉动值,可能会对桥梁风致振动问题造成不利影响。

研究目的:依托多工点桥梁,本文开展合理成桥状态、关键设计参数、钢混结合段构造、钝形钢箱梁气动选型等理论分析及试验研究,以解决铁路大跨度混合梁斜拉桥荷载重、疲劳活载大、动力性能及刚度要求高等诸多技术难题。研究结论:(1)建立的"塔偏梁拱"合理成桥状态,解决了铁路活载大、恒活比小引起的结构受力不均衡性难题;(2)推导的梁、塔、索关键设计参数解析公式,揭示了结构受力行为及影响规律;(3)采用的钢混结合段梯形填充混凝土连接构造技术,解决了铁路荷载作用下结合段刚度过渡平顺性技术难题;(4)提出的铁路正交异性钢桥面板的疲劳应力解析公式,揭示了疲劳影响因素及规律,首创的加厚加高型V肋改善了铁路钢桥面结构疲劳性能;(5)提出了钝形钢箱梁涡振扭转振幅限值标准;(6)本研究成果可为类似大跨度斜拉桥的设计提供参考。