公路桥梁风-车-桥系统的气动特性数值模拟及试验研究

我国目前已经修建和正在修建的跨深山峡谷和海峡的桥梁越来越多，另外随着国民经济的快速增长，桥上行驶车辆不断增加，车速不断提高，风-车-桥系统的耦合响应更为突出，因此准确预测风-车-桥耦合系统的桥梁风致响应和评价车辆安全、舒适性是至关重要。然而风-车-桥系统的气动特性的准确测量是准确预测风-车-桥耦合系统风致响应的前提。本项目拟以数值模拟和风洞试验为主要研究手段，研究风-车-桥耦合系统的气动特性。主要包括：（1）开展大涡模拟、动态边界处理及并行计算方法研究，开发基于三维有限体积法的紊流风场的数值模拟程序模块；（2）利用开发的数值模拟软件研究车辆静、动态存在以及车辆的不同分布情况下桥梁和车辆定常及非定常气动力荷载，探明车辆和桥梁间的气动影响；（3）发展考虑车辆和桥梁间气动影响的实验技术和分析方法，分别测定车辆和桥梁定常及非定常气动荷载，研究车辆静、动态存在对桥梁桥道局部风场的影响。

我国目前已经修建和正在修建的跨深山峡谷和海峡的桥梁越来越多，另外随着国民经济的快速增长，桥上行驶车辆不断增加，速度不断提高，风-车-桥系统的耦合响应更为突出，因此准确预测风-车-桥耦合系统的桥梁风致响应和评价车辆安全、舒适性是至关重要。然而风-车-桥系统的气动特性的准确测量是准确预测风-车-桥耦合系统风致响应的前提。本项目对风-车-桥耦合系统的气动特性开展了相关研究，主要内容包括：1）开发了一套静止车辆气动力测试装置，测试了不同工况下的典型车辆和桥梁的气动力特性，研究了车辆与桥梁气动力的相互影响；2）基于动网格和并行计算技术，实现了典型车辆在桥上移动状态下的桥梁和车辆气动力的数值模拟，研究了车辆和桥梁局部风场的相互影响，探究了车辆与桥梁间的相互作用机理；3）开发了一套移动车辆气动力测试装置，已完成了调试工作，基本满足移动车辆气动力测试的要求；4）基于强迫振动装置，测试了不同交通状态下桥梁气动力，研究了不同交通状态下桥梁气动力的变化情况。风洞试验测试结果及数值模拟结果均表明：车辆和桥梁间的气动影响不能忽略，本项目的研究成果为以后的风-车-桥系统的耦合振动分析及结构的疲劳损伤研究提供重要数据。本项目在国内外重要刊物上发表论文4篇，国际会议论文5篇，国内会议论文3篇，申请发明专利1项，共培养博士后1人，研究生4人。