扁平箱形桥梁断面静气动力系数雷诺数效应研究.pdf

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1、公路2OO4年9月第9期IGWAYSep.2OO4No.9文章编号:O451-O712(2OO4DO9-OO43-O4中图分类号:U448.213文献标识码:A扁平箱形桥梁断面静气动力系数雷诺数效应研究李加武9林志兴9项海帆(同济大学上海市2OOO92D摘要:在较大的雷诺数范围内测量了不同宽高比箱形桥梁断面的三分力系数9研究了三分力系数雷诺数效应以及宽高比对断面三分力系数雷诺数效应的影响O流线型桥梁断面的阻力系数~升力系数都有明显的雷诺数效应O宽高比对断面的三分力系数雷诺数效应有明显的影响O低雷诺数风洞试验得

2、到的三分力系数用于实桥分析时偏于保守O关键词:三分力系数9雷诺数效应9宽高比9风洞实验在桥梁抗风研究中9三分力系数是抖振响应分系数雷诺数效应的影响O析~驰振稳定性分析以及静风荷载和稳定性分析中的重要参数9三分力系数的取值直接影响桥梁抗风1试验内容分析的精度O长期以来9桥梁断面的三分力系数的雷试验在TJ-2风洞中进行9风洞试验段长诺数效应一直没有引起重视9人们一直认为具有尖15m9宽3m9高2.5mO空风洞最高风速为68m/s9锐棱角的桥梁断面中三分力系数雷诺数效应可以忽紊流度E

3、洞的汽车天略不计OLarsen与Schewe在压力风洞中测量了平测力系统9该测力系统由浮框式六分量应变天平~Greatbelteastbridge引桥断面三分力系数9他们应变放大器~A/D转换器和微机组成O该天平阻力发现雷诺数R4的阻力系数比雷诺数R方向最大量程为1OOkg9升力方向为6Okg9升力e=7>1Oe=3>1O6的阻力系数大14%9而Larose测量了香港的矩为1Okg-mOStonecutters桥三分力系数9发现该桥在O攻角阻试验模型有4个宽高比9其骨架由型钢制作9力系数随雷诺数增加而增加O因

4、此三分力系数的雷外衣为优质三合板9三合板外用胶纸包裹9以便降低诺数效应研究对提高抗风分析有着重要的意义O本表面的粗糙度O图1为模型在风洞中的安装示意9文在雷诺数范围R3~3>1O5内测量了不模型的高为1OOmm9长为18OOmm9宽度在e=8>1O同宽高比箱形桥梁断面的三分力9研究了三分力系6OO~12OOmm可变9试验风速变化范围为5~数随雷诺数的变化规律9并研究了宽高比对三分力5Om/sO基金项目:国家自然科学基金重大项目资助(编号:5989541OD收稿日期:2OO4-O5-14(1D目前该墩正在施工9

5、每个循环浇注混凝土提供脚手9同时又可增加模板自身的刚度9增加模板6m9正常施工3~4d一个循环9日进尺可达1.5m9的使用寿命O施工的效率明显有所提高9同时可大大减少墩身的(3D内外模的固定采用套筒连接O套筒连接可降施工缝O低内外模板架立时的相互影响9同时将模板拆除时(2D外模采用大面板9桁架结构O使用大面板可的不安全因素降为最小O保证墩身混凝土的外观质量9桁架结构为施工人员44公路2004年第期图1试验模型及风洞安装示意2试验结果图3为不同宽高比的CD~Re变化曲线随着宽2.1阻力系数的雷诺数效应高比的增加

6、阻力系数变化的范围拉大且曲线的曲图2为宽高比为l2=l的流线型桥梁断面模型率增加O宽高比B/H=6时阻力系数C变化D~Re的阻力系数(C雷诺数效应曲线O在低雷诺数区平缓O4个模型表现出相同规律:高雷诺数区阻力系D)4)C数变化剧烈S低雷诺数区阻力系数变化相对平缓S高(Re<6>l0D减小幅度比高雷诺数区缓慢O越过R5后阻力系数下降的速度明显加快O雷诺数区宽高比越大阻力系数减小的速度越快Oe=l>l0根据低雷诺数区的下降趋势与速度将图2曲线延伸到雷诺数R6e=8>l0(实桥雷诺数)不难发现低雷诺数(以梁高为特征

7、尺寸R4e=4>l0)节段模型风洞试验时将会导致桥梁断面模型阻力系数CD测量值比实桥阻力系数C可能大将近l倍OD图3宽高比对C曲线影响D~Re2.2升力系数雷诺数效应升力系数(C的雷诺数效应比阻力系数的雷L)诺数效应复杂得多O图4为宽高比=l2的升力系数的雷诺数效应曲线OC由R3时的C图2B/H=12CD~Re曲线Le=8>l0L=002004年第9期李加武等:扁平箱形桥梁断面静气动力系数雷诺数效应研究45一直减小直到R5附近升力系数达到最小高比对升力矩系数雷诺数效应没有影响0抗风设计e=2>10值(C5后升

8、力系数随雷诺数分析不考虑升力矩系数雷诺数效应得到的结果是正确L=-0.1%Re>2>10增加而增加0的0图4B/H=12C曲线L~Re图6B/H=12C曲线M~Re图5为不同宽高比模型的升力系数对雷诺数Re的变化规律0宽高比对升力系数达到最小值时对应的雷诺数没有多大影响除宽高比=6的模型外其他的升力系数随雷诺数变化规律相似0宽高比=6的模型升力系数几乎不随雷诺数增加而变化0图7宽高比对C曲线的影响M