竖向紊流积分尺度影响下的流线型箱梁断面抖振升力空间分布特性及理论建模

为研究竖向紊流积分尺度对于流线型箱梁抖振升力空间分布特性的影响,开展了刚性节段模型测压试验。该文选用竖向紊流积分尺度相差较大的三类流场,用于研究无量纲尺度Lw/B(竖向紊流积分尺度与桥梁宽度之比)对抖振升力空间分布特性的影响规律,提出考虑紊流三维效应影响的流线型箱梁断面三维抖振升力广义模型。结果表明:Lw/B为影响流线型箱梁断面抖振升力空间分布特性的关键控制参数,桥梁紊流三维效应随着Lw/B的降低而显著提高。同时,因风嘴、斜腹板等气动措施显著降低了流线型箱梁断面迎风侧气流的流动分离,使得不同竖向紊流积分尺度下其抖振升力二维气动导纳基本保持不变,表明由竖向紊流积分尺度对该型桥梁抖振升力荷载的高频畸变影响可以忽略,可为流线型箱梁断面结构气动外形优化提供参考。

流线型箱梁抖振力双指数广义相干函数模型

为了降低由传统简单指数相干函数模型所引起的抖振力计算误差,基于薄翼三维抖振力分析理论,提出了具有明确物理意义的双指数相干函数模型,并通过引入几个额外参数将该模型扩展至复杂钝体断面。针对大跨度桥梁中常用的流线型箱梁,进一步通过大尺度紊流场中不同缩尺比的刚性节段模型测压试验,深入研究了紊流积分尺度和箱梁特征尺寸对于抖振力空间相关性的影响。基于试验结果对上述双指数相干函数模型进行修正,以反映紊流三维效应对抖振力空间相关性的影响,并通过与推荐相干函数模型结果进行对比来分析传统简单指数函数相干函数模型的局限性。结果表明:双指数相干函数模型具有明确的物理意义,能够反映紊流空间分布特性和气动导纳对抖振力相关性的影响机理;而且与传统模型相比,其具有更高的拟合精度,能够精确描述抖振力相关性在低频的变化规律;通过引入与紊流积分尺度和箱梁特征尺寸有关的约化间距,可进一步得到能精确描述实际主梁抖振力空间相关性的双指数广义相干函数模型。