流线型桥梁断面雷诺数效应及其控制措施研究

论文摘要

长期以来,由于人们对桥梁断面雷诺数效应研究的不足,往往采取忽略的方法,这种简单处理的方法显然不可取。随着桥梁跨径的长大化,桥梁结构抗风研究的精细化,越来越多的学者开始关注桥梁断面的雷诺数效应,认识到雷诺数效应在桥梁抗风研究中的重要性,然而这些学者只是急于解决工程实际问题,对桥梁断面雷诺数效应的研究都是被动的,研究没有系统性,更没有提出在低速风洞中抑制桥梁断面雷诺数效应的有效措施。针对目前桥梁断面雷诺数效应研究的不足,本文主要进行了以下研究:1.通过改变风洞试验风速及模型尺寸,研究了宽高比为10:1的流线型桥梁断面三分力系数随雷诺数变化情况。2.测量了断面表面压力分布,分析了雷诺数对表面压力系数影响、对脉动压力系数影响、对最小压力系数影响。3.通过测点表面风压时程得到测点的风压功率谱,研究了雷诺数对风压功率谱及Strouhal数的影响。研究表明Strouhal数具有明显的雷诺数效应。4.利用砂纸模拟表面粗糙度,研究了表面粗糙度对抑制阻力系数雷诺数效应、升力系数雷诺数效应以及升力矩系数雷诺数效应的可行性;研究了表面粗糙度对断面表面压力参数的影响。研究表明,表面粗糙度引入稳定了三分力系数随雷诺数的波动,因此,在低雷诺数风洞中,模型表面引入适当的粗糙度可以作为抑制流线型桥梁断面雷诺数效应的一种措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁抗风研究中的雷诺数问题
• 1.1.1 静风稳定
• 1.1.2 颤振
• 1.1.3 抖振
• 1.1.4 涡激振动
• 1.2 雷诺数与雷诺数效应
• 1.2.1 雷诺数的定义
• 1.2.2 雷诺数效应的定义
• 1.3 雷诺数效应的研究现状
• 1.3.1 圆柱体雷诺数效应
• 1.3.2 桥梁断面雷诺数效应
• 1.4 雷诺数效应的控制
• 1.4.1 圆柱断面
• 1.4.2 桥梁断面
• 1.5 本文的研究意义及主要工作
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 主要工作
• 第二章 试验研究
• 2.1 风洞试验
• 2.1.1 风洞试验内容
• 2.1.2 风洞试验基本相似数
• 2.2 试验目的
• 2.2.1 桥梁断面静力三分力的雷诺数效应
• 2.2.2 桥梁断面表面压力的雷诺数效应
• 2.2.3 雷诺数效应控制措施
• 2.3 试验模型
• 2.4 试验内容
• 2.4.1 试验工况
• 2.4.2 试验内容
• 2.4.3 雷诺数效应抑制试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 桥梁断面的雷诺数效应
• 3.1 概述
• 3.2 静气动力系数的雷诺数效应
• 3.2.1 阻力系数CD 随雷诺数Re 变化规律
• 3.2.2 升力系数CL 随雷诺数Re 变化规律
• 3.2.3 升力矩系数CM 随雷诺数Re 变化规律
• 3.3 雷诺数对表面压力分布的影响
• 3.3.1 边界层稳定和边界层分离
• 3.3.2 表面压力分布特性
• 3.3.3 最小压力系数对雷诺数变化规律
• 3.3.4 脉动压力分布
• 3.4 雷诺数对功率谱及STROUHAL 数的影响
• 3.4.1 雷诺数对风压功率谱的影响
• 3.4.2 雷诺数对Strouhal 数的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 表面粗糙度对雷诺数效应的影响
• 4.1 概述
• 4.2 表面粗糙模型制作
• 4.3 表面粗糙度对三分力系数雷诺数效应的影响
• 4.3.1 阻力系数
• 4.3.2 升力系数
• 4.3.3 升力矩系数
• 4.4 表面粗糙度对压力系数雷诺数效应的影响
• 4.4.1 压力系数
• 4.4.2 最小压力系数
• 4.4.3 脉动压力系数
• 4.5 表面粗糙度对功率谱及STROUHAL 数雷诺数效应的影响
• 4.5.1 风压功率谱
• 4.5.2 Strouhal 数
• 4.6 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢