全风向角下二维切角方形桥塔气动措施数值模拟

采用SST K-ω湍流模型,对二维切角方形桥塔气动措施进行了全风向角下的CFD数值模拟研究,雷诺数为5×10~4。分析了添加气动措施对桥塔气动力系数、横风向气动力频谱、斯托罗哈数的影响,并与试验结果进行了对比,二者吻合较好。研究结果表明,风向角α≤25°,升力系数呈下降趋势,添加翼板会显著增大桥塔升力系数;α>25°,升力系数呈上升趋势,添加气动措施对桥塔升力系数没有影响。添加气动措施后桥塔阻力系数会增大,最小阻力系数出现在5°～10°风向角范围内。不同风向角下的模型涡脱方式不同,包含的涡脱频率也不同,漩涡脱落不一定是单纯的正弦现象。添加气动措施会减小模型St数,最大St数出现在5°～15°风向角之间。

切角方柱非线性气动力数值模拟研究

采用二维动网格技术,运用强迫振动法识别不同无量纲风速下切角方柱颤振导数H1*,并考虑振幅的影响。详细分析了切角方柱强迫振动时气动力非线性特性。结果表明:线性颤振导数理论仅能描述无量纲风速较小时切角方柱周围横风向气动力,对于无量纲风速较大的情况,模型周围气动力中包含大量非线性分量,当涡脱频率被非线性项"俘获"时该非线性项幅值还会突然增大,甚至有时远大于线性项。随着风速和振幅的增大,切角方柱周围非线性气动力所占比例有增大的趋势,所以,对于切角方柱这种钝体结构必须考虑气动力的非线性。

斜拉桥变截面独柱桥塔驰振研究

采用二维SSTk-ω湍流模型计算了根据Den Hartog判据得到的桥塔驰振临界风速以及考虑振型、截面变化和风剖面影响后的桥塔驰振临界风速,并与风洞试验结果进行了对比,同时,还研究了方柱驰振性能随切角率的变化。结果表明:根据Den Hartog判据计算所得桥塔驰振临界风速与风洞试验结果差别巨大,Den Hartog判据不能运用于变截面桥塔驰振临界风速计算中。考虑振型、截面变化和风剖面影响后的桥塔驰振临界风速计算结果比风洞试验结果偏小,结果偏于保守,误差在实际工程允许范围内。因此,考虑振型、截面变化和风剖面影响后能大大改善桥塔驰振临界风速计算精度。对方柱进行切角处理不一定能改善驰振性能,只有当切角率>27%时才会明显改善方柱驰振性能,切角率≤15%时反而增加方柱驰振不稳定性。

圆环形桥塔区域行车风环境数值模拟

采用Realizable k-ε湍流模型,研究了未设置风屏障和设置50%透风率风屏障两种工况下的圆环形桥塔区域行车风环境特点。研究结果表明:桥塔周围存在明显的加速区域,最大风速系数可达1.3,使得车辆通过桥塔区域时将经历剧烈的风速变化,可能影响行车安全。设置50%透风率风屏障以后,桥塔周围未出现明显的加速区域,桥面风速变化较小,有效改善了圆环形桥塔区行车风环境。