分体箱梁气动性能演化规律及其机理

跨海工程的需求对桥梁跨径提出了更高的要求，采用分体箱梁加劲梁成为特大跨径悬索桥的可行方案。作为一种新兴的断面形式，分体箱梁的气动性能研究还处于起步阶段，不仅存在颤振性能随槽宽演化规律认识上的分歧和涡激共振的隐患，而且对其气动性能内在机理的认识也不深入，理论的缺陷使得分体箱梁的应用存在潜在风险。.本项目采用PIV流场显示和节段模型试验同桥梁风致响应理论分析及CFD计算相结合的方法，研究分体箱梁颤振性能、涡振性能、静风稳定性能随槽宽等重要气动外形参数的演化规律，建立和完善优化结构整体气动性能的气动选型方法，并基于PIV技术获得的结构绕流流态特征，从结构与气流的相互作用机制入手，揭示分体箱梁气动性能演化规律的内在机理。目标是通过建立和完善分体箱梁结构气动性能规律及其内在机理的基础性理论，实现创新和局部超越，解决应用型研究中的难点和困惑，为我国跨海大跨度桥梁建设的安全性和经济性提供必要的理论支撑。

对分体箱梁颤振、涡振、静风稳定等关键气动性能的演化规律及其内在机理认识上的缺陷和不足，是目前大跨度分体箱梁这种新兴加劲梁结构型式气动性能所面临的挑战和亟待解决的问题，本项目采用风洞试验、理论分析和CFD数值计算相结合的方法，从宏观和细观层面研究了分体箱梁的各项气动性能，建立了分体箱梁气动选型方法，对于分体箱梁的理论研究和工程应用都具有重要意义。研究工作主要取得以下成果：1）基于颤振试验和二维三自由度耦合颤振分析方法，发现了不对称风嘴和对称风嘴两种断面的颤振性能与开槽率之间的联系，并掌握了其阻尼驱动和颤振形态机理；2）利用不同尺度模型的涡振试验结果，建立了分体箱梁的竖弯和扭转涡振性能随槽宽的变化规律，研究选出了合理的涡振控制措施方案；3）结合测力试验和三维非线性静风稳定分析方法，获得了分体箱梁静力荷载及静风稳定性随槽宽的演化规律；4）从结构的抗风安全性能和使用性能入手，建立了分体箱梁的气动选型方法；5）结合PIV流场测试技术和CFD数值模拟，分析了分体箱梁颤振、涡振和静力平衡时的绕流流场特性，并从细观初步研究了其气动性能演化规律的内在机理。