并行拉索的空气动力特性研究

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随着新兴复合材料的应用以及桥梁施工工艺的提升,现代桥梁正朝着更轻巧、更大跨径的方向发展,斜拉索的长度也随之增加,并且出现了并列、串列等多种形式的拉索布置方式,下游拉索受到上游拉索尾流的干扰,易产生风致振动问题,严重影响行车舒适性,甚至会威胁桥梁安全。并行拉索的绕流特性与尾流驰振问题一直是桥梁风工程的研究热点。并行拉索风致振动问题实质上是钝体绕流问题。本文先采用数值模拟的方法研究了低雷诺数下单拉索与双拉索的绕流特性,之后采用风洞试验的方法研究了低雷诺数到高雷诺数的拉索气动力特性,将试验结果与数值模拟结果进行了对比,并利用试验结果对拉索尾流驰振的失稳区域进行了预测。本文主要工作与成果如下:1、阐述了拉索风致振动类型及其减振措施,回顾了并行拉索绕流的研究现状,提出了本文的研究方法与思路。2、介绍了流体力学中的三大控制方程与湍流的数值模拟方法,并着重介绍了本文所采用的大涡模型与亚格子尺度模型。3、将单拉索数值模拟结果与以往的试验或数值模拟结果相对比,证明了本文数值模拟时网格划分以及参数设置的正确性,并阐述了单拉索在低雷诺数下的绕流特点。4、对并行拉索进行了低雷诺数下的数值模拟,发现风向角较小时两拉索之间会形成大范围的回流区域,随着角度的增大拉索之间出现速度较快的间隙流,这使得不同角度下并行拉索的绕流特性产生较大的区别。5、通过拉索的风洞试验验证了数值模拟的正确性,研究了高雷诺数下拉索的静力三分力特性,并基于单自由度经典驰振失稳理论预测风向角在8°附近时,下游拉索最容易发生驰振失稳现象。
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