开槽双箱梁三塔斜拉桥涡振性能研究

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开槽双箱梁因具有良好的颤振稳定性而在大跨度缆索承重桥梁中得到越来越广泛的应用。然而,中央开槽的存在使得断面周围的流场异常复杂,容易引发涡激振动。本文基于节段模型风洞试验和CFD数值模拟,以某大跨度三塔斜拉桥为背景,研究了开槽双箱梁的涡振性能、抑振措施以及绕流特性。首先,通过1:70节段模型风洞试验研究了7种不同开槽尺寸双箱梁断面的涡振性能,总结了开槽双箱梁涡振振幅与开槽尺寸之间的相互关系:最大竖向振幅随箱梁底板宽度的增加而减小,增加内侧腹板高度能够有效减小开槽双箱梁的竖向涡振振幅;最大扭转振幅与箱梁底板宽度之间的关系取决于内侧腹板高度的大小,增加内侧腹板高度仅能改善部分断面在部分涡振区间的扭转涡振性能;进而得出了涡振性能较为优异的断面形式。其次,在较优断面的基础上对比了封闭检修道栏杆、增设格栅条、增设内侧导流板和水平隔流板等不同气动措施的制振效果,发现封闭检修道栏杆对竖向涡振有明显放大作用,对扭转涡振的控制效果取决于栏杆的封闭状态;格栅条能够有效抑制竖向涡振;内侧导流板仅能抑制高风速下的扭转涡振;水平隔流板对竖向涡振和扭转涡振的制振效果均较好,在4类气动措施中的制振效果较好。最后,采用CFD分析了较优断面和水平隔流板断面的流场特性,揭示了开槽双箱梁易发生涡振的原因以及水平隔流板的抑振机理。结果表明:中央开槽处形成的大尺度漩涡是引发双箱梁涡振的主要原因;安装水平隔流板后,上下部漩涡的相互作用减弱,中央开槽上部漩涡的尺度明显减小,同时下游箱梁上表面的漩涡明显减弱,作用在箱梁上的涡激力减小,从而有效抑制涡振。
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