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1、分类号U 4 4 1密级单位代码1 0 6 1 8学号1 0 9 0 6 0 5 3墨彦交迫戈謦 硕士学位论文论文题目：基于C F D 桥梁典型断面三分力系数差异分析D i f f e r e n t i a la n a l y s i so na e r o d y n a m i cc o e f f i c i e n t so fb r i d g e st y p i c a ls e c t i o n sb a s e do nC F D研究生姓名：戴天I J 巾导师姓名、职称：陈斌研究员申请学位门类：工学专业名称：桥梁与隧道工程论文答辩日期：2 0 12 年0 4 月0 1
2、日学位授予单位：重庆交通大学答辩委员会主席：黄福伟2 0 12 年0 4 月评阅人：王小松郑万山 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位敝储签啾云坶吼如儿年午月朔重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和
3、借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到 。l 一4 2一。一2 7 一一1 0 5 3。2 74 2 一。断面d + 栏杆尺寸图4 1 5 分离式双边箱梁断面尺寸( 单位：m m )F i g u r e4 15T h es i z eo t s e p a n I l eb o x 触s 硎。璐第四章主梁典型断面静力系数差异性分析6 14 3 2 数值模型建立和网格划分分离式双边箱梁的计算区域选择、湍流模型和边界条件的选择、网格的划分和流线型断面相同
4、，在这就不重复。网格划分全局和局部图见图4 1 6 。图4 1 6 网格划分示意F i g u r e4 16D i a g r a m m a t i cm e s h i n g4 3 3 数值计算结果表4 4 分别列出了分离式双主梁两种断面在风攻角( _ 5 0 - - 5 0 ) 共1 1 个整数工况下的数值模拟方法得到的三分力系数。表4 4 三分力系数数值模拟值T a b l e 4 4N u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h ev a l u eo fa e r o d y n a m i ct o e 伍c i e n t sa 断面c
5、 数值模拟结果b 断面d 数值模拟结果攻三分力系数角C DC LC M- 51 0 8 2 3- 0 5 0 7 9- 0 0 8 3 7- 40 9 7 3 8- 0 4 4 0 20 0 6 3 4- 30 8 8 3 3- 0 3 8 4 70 0 4 2 4- 20 8 0 4 10 2 9 4 40 0 1 9 6- 10 7 5 4 2- 0 2 1 0 80 0 0 3 500 7 3 8 3- 0 1 1 9 70 0 2 7 6l0 7 4 4 9- 0 0 0 8 40 0 5 2 120 7 9 1 70 0 8 7 40 0 7 6 630 8 6 0 80 2 0 2
6、 60 1 0 1 440 9 3 7 90 3 0 4 10 1 2 5 551 0 5 1 70 4 2 6 30 1 4 9 9攻三分力系数角C DC LC M- 50 8 6 7 9- - 0 5 9 2 4- 0 1 0 2 2- 40 7 8 7 50 5 1 7 2- 0 0 8 0 4- 30 7 3 0 4- 0 4 3 4 8- 0 0 5 7 1- 20 6 9 5 50 3 4 6 8- 0 0 3 2 9- 10 6 7 4 7- 0 2 6 2 5- 0 0 0 8 500 6 7 4 1- 0 1 6 6 40 0 1 6 610 6 8 5 4- 0 0 7 0
7、 10 0 4 1 620 7 1 4 70 0 2 9 70 0 6 6 530 7 7 0 l0 1 2 9 70 0 9 1 340 8 0 9 l0 2 1 8 60 1 1 4 950 9 0 1 50 3 1 7 30 1 3 8 2第四章主梁典型断面静力系数差异性分析c 断面c + 栏杆数值模拟结果d 断面d + 栏杆数值模拟结果攻三分力系数角C MC DC L- 5I 5 4 7 3- 0 6 2 8 90 0 8 9 5- 4I 4 4 4 5- 0 5 6 5 10 0 7 1 1- 3I 3 5 5 4- 0 4 9 5 90 0 5 0 9- 21 2 7 4 8- 0
8、 4 1 4 90 0 2 9 6- I1 2 1 3 1- 0 3 3 3 8- 0 0 0 8 10I 1 9 2 8- 0 2 4 6 40 0 1 4 2lI 1 7 9 2- 0 1 4 6 70 0 3 6 521 2 1 2 9- 0 0 3 2 50 0 5 7 13I 2 9 2 30 0 8 4 50 0 7 4 241 3 7 8 70 1 8 9 20 0 8 8 15I 5 2 6 10 2 6 1 40 0 8 5 94 3 4 三分力系数差异性分析攻三分力系数角C DC LC M - 51 2 7 7 5- - 0 7 1 4 1- - 0 1 0 5 2- 41
9、 2 0 8 6- - 0 6 4 4 10 0 8 5 5- 3I 1 3 4 5- - 0 5 6 8 2- 0 0 6 4 6- 21 1 1 8 1- - 0 4 5 6 7- - 0 0 4 0 1- II 0 9 2 4- 0 3 6 7 10 0 1 6 90I 0 6 0 4- 0 2 9 3 10 0 0 3 51I 0 7 7 9- 0 1 8 7 40 0 2 6 721 1 1 9 5- - 0 0 8 0 80 0 4 9 931 1 9 7 20 0 2 9 80 0 6 7 44I 2 9 0 40 1 3 4 90 0 8 1 05I 4 2 2 90 2 2
10、0 50 0 8 9 3横向差异性分析( 迎风端流线型对三分力系数的影响)图4 1 7 数值模拟得到主梁在施工状态的三分力系数随攻角变化曲线图：1 1 01 0 51 赣0 9 51 I l R0 9 0譬o 8 5群区0 8 0o 7 5O 7 0o 6 5 5 43 2一lOl2345风攻角a 阻力系数随风攻角变化第四章主梁典型断面静力系数差异性分析赧1 谣R 索 暴区一5 432一l0l2345风攻角b 升力系数随风攻角变化0 1 7 5O 1 5 00 1 2 50 1 0 00 0 7 5籁0 0 5 0 蹬0 0 2 5域 穴0 0 0 0索- 0 0 2 5- 0 0 5 0-
11、0 0 7 5o 1 0 0 吨1 2 55 _ 嘎一3一ZlOlZ3I5风攻角c 升力矩系数随风攻角变化图4 1 7 主梁施工状态三分力系数F i g u r e4 17A e r o d y n a m i cc o e f f i c i e n t so fc o n s t r u c t i o ns t a t e图4 1 7 主梁施工状态三分力系数变化曲线可知：断面c 在0 0 攻角时的阻力系数比断面d 大1 0 ，随着风攻角的增加差值变大，在5 0 攻角时断面c 比断面d大2 0 ，且断面c 的阻力系数随风攻角变化的幅度比断面d 大；在5 0 5 。范围内断面d 和断面c 的
12、升力系数和升力矩系数相差不大，其两者随风攻角变化的斜率相同。图4 1 8 数值模拟计算得到主梁在成桥状态( 仅考虑栏杆) 的三分力系数随攻角变化曲线图：OO00000O咱加加咱曲加由“第四章主梁典型断面静力系数差异性分析5 432- 1012345风攻角a 阻力系数随风攻角变化一5 432一l0l2345风攻角O 1 0O 0 8O O 0 4鞋0 2 埭- o 0 2篓- o 0 4玳_ o 0 6O 0 80 1 0一O 1 2b 升力系数随风攻角变化一54321012345风攻角C 升力矩系数随风攻角变化图4 1 8 主梁成桥状态三分力系数F i g u r e4 18A e r o d
13、 y n a m i cc o e f f i c i e n t so ff i n i s h e db r i d g es t a t e弱钙嚣衢加掩mllll1lilll豢倏R盛暴区432lOl2345678m 仉仉mm吨吨m吨吨吨吨吨藏曦R索暴医第四章主梁典型断面静力系数差异性分析图4 1 8 主梁成桥状态三分力系数变化曲线可知：断面c 在5 0 攻角时的阻力系数比断面d 大2 0 ，随着风攻角由负变正两者差距逐渐减小，在+ 5 0 攻角时两者差距减少到5 ；成桥状态升力及升力矩系数变化规律同施工状态时升力矩系数的变化规律，在这就不重复叙述。纵向差异性分析( 栏杆对三分力系数的影响
14、)图4 1 9 是数值模拟计算得到主梁施工状态和成桥状态( 仅考虑栏杆) 的三分力系数随攻角变化对比曲线图：瓤 髅R蛊 景区赣1 皤 穴 索 薜医一5 - 4 - 3- 2- 10l2345 风攻角a 阻力系数随风攻角变化一5432- Iol2345 风攻角b 升力系数随风攻角变化弱诣拈筋约坫m踮：2加仉mm仉仉仉仉仉吨吨吨吨吨吨吨吨第四章主梁典型断面静力系数差异性分析O 1 7 50 1 5 00 1 2 5o 1 o 0 7 5籁0 0 5 0鬟o 0 2 5 - R0 0 0 0束- 0 0 2 5o 0 5 0- 0 0 7 5吨1 0 0 吨1 2 5543一Z- 10lZ345风攻
15、角c 升力矩系数随风攻角变化图4 1 9 主梁施工和成桥状态三分力系数F i g u r e4 19A e r o d y n a m i cc o e f f i c i e n t so fc o n s t r u c t i o ns t a t ea n df i n i s h e db r i d g es t a t e图4 1 9 主梁施工和成桥状态三分力系数变化曲线可见：考虑栏杆后的阻力系数变大，断面c 和d 的阻力系数较未考虑栏杆相差5 0 ，但考虑栏杆前后两者随风攻角变化的幅度相同；断面C 和d 在考虑栏杆前后升力系数随风攻角变化的斜率没有变化，但考虑栏杆后升力系数叫原先增加了2 0 ：断面c 和d 在考虑栏杆前后其升力矩系数在5 0 时大致相同，随着风攻角由负变正其差值越来越大，在+ 5 攻角时两者差距增加到6 0 。4 3 5 流场特性图C F D 方法在钝体周围流场流动显示方面的的优越性是风洞试验无法达到的。通过流场特征图，可以直观地了解流场的情况。本文提取了0 0 攻角时的静压、速度分布图。从图4 2 0 静力压强分布图可以看出：在梁体的左端部均出
