大跨度雙幅橋面橋梁的氣動干擾效應研究

大跨度雙幅橋面橋梁的氣動干擾效應研究

近年來，隨著交通量的增加，許多道路都進行了擴建和擴建。在橋梁方面，可以在橋梁附近修建一座橋梁，或直接設計一座雙翼橋，以滿足交通量的增加要求。例如，日本的著名跨北丘大橋和美國的塔科馬大橋是建在橋梁附近的一座類似橋梁。1995年，美國終于建成了一座橫跨波士頓運河的紅瑞曼橋。廣州的平勝橋和青島海灣大橋是美國史蒂文韋勒的意思是一座新的雙橋。隨著雙翼橋的出現(xiàn)，雙橋橋之間的氣干擾問題逐漸引起國內(nèi)外學者的關注。由于有廣泛的應用背景，如航空領域支撐翼的兩座主柱、土木工程中的香煙群和高層建筑的干擾效果一直受到關注。在20世紀70年代，由于對各種地形條件下應用氣彈模型的影響研究，高層建筑的聲音干擾效應的研究可以追溯到20世紀30年代。然而，在接下來的30年里，建筑結構風效率的研究將建筑風效率研究放在單個建筑的研究上幾乎沒有干預效果。余大佐明教授的學科組對高層建筑的聲音干擾進行了系統(tǒng)研究。如上所述，多個鈍體干擾的研究具有非常重要的理論意義和實踐價值。根據(jù)大量研究，動態(tài)干擾的影響可以增加建筑結構的動態(tài)平衡效果。此外，從研究方法來看，目前最重要的研究方法仍然是風洞試驗，數(shù)值模擬只是輔助手段。羅瓦爾艾因、斯蒂沃森、岡本岡納爾西爾等日本岡本族、新塔科馬橋的動態(tài)干擾效應是突出的。尤其是，動態(tài)干擾效應的主梁寬度小于2。采用中央高洞模型和橋梁模擬的方法，日本科學家研究了主梁的高大喬木的動態(tài)干擾效應。日本科學家。在研究中日兩橋的抗風性方面，日本科學家通過風洞試驗和計算流量動力學，研究了主梁的高大喬木的抗風性。國內(nèi)，采用風洞試驗和計算流量動態(tài)的相結合的方法，研究了主梁的高大喬木的大傾角橋的抗風性。研究結果表明，如果采用中心曲線的打開槽（兩邊之間完全打開），無論是均勻的流場還是峰值流場，如果風速為。1試驗方案設計通過節(jié)段模型風洞試驗來研究雙幅橋面三分力系數(shù)的氣動干擾效應,風洞試驗在湖南大學風工程試驗研究中心HD-2邊界層風洞中進行,該風洞風速的調(diào)節(jié)和控制采用計算機終端集中控制的可控硅直流調(diào)速系統(tǒng).該風洞的試驗段截面尺寸為3.0m(寬)×2.5m(高)×17m(長),試驗風速范圍為0.5～58m/s.該試驗段的方向不均勻性Δα≤0.5°,Δβ≤0.5°,湍流度ε≤0.2%,速度場不均勻性μ≤1%.圖1為所研究的雙幅橋面主梁斷面圖,測力模型見圖2,圖3為橋面風攻角示意圖.考慮到影響雙幅橋面橋梁三分力系數(shù)的主要因素包括雙幅橋面之間的凈距與梁高之比、風攻角等因素,試驗方案設計見表1.2雙橋段三個單元的動態(tài)干擾效應試驗結果2.1氣動干擾效應圖4～圖6分別給出了不同間距下,上、下游橋面三分力系數(shù)隨風攻角變化曲線,同時也給出了風從單側橋面上游吹時和風從單側橋面下游吹時主梁斷面三分力系數(shù)隨風攻角變化曲線.從圖4～圖6可以看出,雙幅橋面的氣動干擾效應對上下游橋面三分力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:雙幅橋面上游橋面阻力系數(shù)與單幅橋面阻力系數(shù)相比略有降低,下游橋面阻力系數(shù)與單幅橋面相比降低較多,存在一定的遮擋效應;上、下游橋面升力系數(shù)和升力矩系數(shù)也存在一定的氣動干擾效應,但相對而言影響較小,其影響可以忽略;雙幅橋面三分力系數(shù)隨雙幅橋面之間距離變化而變化;風攻角是影響雙幅橋面橋梁三分力系數(shù)氣動干擾效應的一個因素.2.2主梁的三個車身系數(shù)的動能干擾效應2.2.1橋面升力系數(shù)氣動干擾因子雙幅橋面橋梁三分力系數(shù)氣動干擾效應表現(xiàn)為對上、下游橋面三分力系數(shù)的影響,因此在定義三分力系數(shù)氣動干擾因子時,分別針對上、下游橋面三分力系數(shù)進行定義:IFSD?SL?SM?XD?XL?XM=雙幅橋面上(下)游橋面三分力系數(shù)上(下)游單幅橋面三分力系數(shù).(1)ΙFSD?SL?SΜ?XD?XL?XΜ=雙幅橋面上(下)游橋面三分力系數(shù)上(下)游單幅橋面三分力系數(shù).(1)式中:SD為上游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子;SL為上游橋面升力系數(shù)氣動干擾因子;SM為上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子;XD為下游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子;XL為下游橋面升力系數(shù)氣動干擾因子;XM為下游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子.2.2.2氣動干擾因子影響雙幅橋面三分力系數(shù)氣動干擾效應的主要因素包括:雙幅橋面凈間距、風攻角等.圖7～圖9分別給出了上、下游橋面三分力系數(shù)氣動干擾因子隨雙幅主梁不同間距、風攻角變化曲線.從圖7可以看出,雙幅橋面氣動干擾效應對上游橋面阻力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:雙幅橋面上游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子約為0.8～1.05;上游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子隨風攻角變化而變化,且在-3°～+3°范圍內(nèi),阻力系數(shù)氣動干擾因子約為0.80～0.85;上游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子隨雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比的變化沒有明顯規(guī)律.雙幅橋面氣動干擾效應對下游橋面阻力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:下游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子約為0.40～1.15;下游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子隨風攻角變化而變化,下游橋面阻力系數(shù)氣動干擾因子隨雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比增加而增加,相應氣動干擾效應減弱.從圖8可以看出,雙幅橋面氣動干擾對上游橋面升力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:上游橋面升力系數(shù)氣動干擾因子在風攻角為+6°～+9°之間均發(fā)生了由負向正的突變,且雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比越小,氣動干擾因子突變越大,主要原因是上游橋面的升力系數(shù)在該角度由負變正,甚至接近于零,因此出現(xiàn)這種突變.雙幅橋面氣動干擾對下游橋面升力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:下游橋面升力系數(shù)氣動干擾因子在風攻角為+6°～+9°之間均發(fā)生了由負向正的突變,其主要原因是下游橋面升力系數(shù)在該角度附近發(fā)生了由負變正,甚至接近于零.在其余風攻角情況下,上下游橋面升力系數(shù)隨雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比的變化不敏感,即雙幅橋面橋梁上、下游橋面升力系數(shù)氣動干擾效應不明顯.從圖9可以看出,雙幅橋面氣動干擾對上游橋面升力矩系數(shù)的影響表現(xiàn)為:當風攻角為-2°～+10°時,上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子隨雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比的增加而略有增加,當雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比為4.0時,上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子約為1,表明此時的氣動干擾效應對上游橋面的升力矩系數(shù)的影響已很小;當風攻角為-10°～-4°時,上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子隨雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比的增加而減小,當雙幅橋面之間凈間距與主梁梁高之比為4.0時,上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子約為1;當風攻角為-3°時,上游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子發(fā)生了突變,主要原因是上游橋面升力矩系數(shù)在此由負變正而引起的.雙幅橋面氣動干擾對下游橋面升力矩系數(shù)的影響表現(xiàn)為:風攻角為-1°～+10°時,下游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子大于1,表現(xiàn)為氣動干擾而引起的升力矩系數(shù)的增加;風攻角為-10°～-2°時,下游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾因子小于1,表現(xiàn)為氣動干擾而引起的升力矩系數(shù)的減小.總體而言,雙幅橋面橋梁上、下游橋面升力矩系數(shù)氣動干擾效應不明顯.3橋梁阻力系數(shù)通過風洞試驗對某在建雙幅橋面橋梁主梁三分力系數(shù)氣動干擾效應進行了試驗研究,得到了如下一些結論:1)雙幅橋面氣動干擾效應對上、下游橋面三分力系數(shù)的影響表現(xiàn)為:上、下游橋面三分力系數(shù)與單幅橋面三分力系數(shù)相比有所變化,表現(xiàn)出一定的遮擋效應;雙幅橋面之間的凈間距與梁高之比、風攻角是影響雙幅橋面主梁三分力系數(shù)的兩個主要因素.2)上游橋面阻力系數(shù)的氣動干擾因子隨風攻角的變化而變化,且在-