CFD方法的大跨度桥梁抖振荷载
2011-06-08刘婷婷张文首
土木与环境工程学报 2011年6期
刘婷婷，张文首
（大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连116024）
风荷载是大跨度桥梁的主要环境荷载，其中，抖振荷载作为一种长期作用的随机荷载，会使桥梁结构局部构件和连接部位处于交变应力作用，影响桥梁疲劳寿命，是大跨度桥梁抗风设计的重点问题。
目前的抖振荷载计算主要依靠风洞试验方法。在一定缩比的桥梁节段模型上进行定常流风洞试验，测定抖振力三分力气动系数，然后带入有限元模型（通常为鱼骨头模型）进行分析［1－5］。但是，风洞试验方法的周期长、费用高、结果的可视性较差，并且，无法针对桥梁的精细有限元模型进行直接分析，制约了大跨度桥梁抖振分析方法的发展。计算流体力学（Computational Fluid Dynamic，CFD）的发展使数值模拟方法可以替代物理的风洞试验，能够节约试验成本、进行重复试验，弥补风洞试验所测数据不足［6－8］。
采用CFD数值模拟替代传统的风洞试验，改进了大跨度桥梁抖振荷载计算。在香港青马大桥精细有限元模型上，模拟桥板表面压力分布，根据CFD模拟结果确定节点抖振力，由此求解桥板局部应力响应时程。CFD模拟能够获得桥板表面任何位置压力，弥补了风洞试验安装测压传感器有限的缺点。而且，可以针对桥梁精细有限元模型，直接确定节点抖振力，将风致抖振分析范围推进到局部构件，为桥梁风振疲劳研究提供了有力的工具，促进了桥梁健康监测及局部抗风设计的发展。
