©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第22卷第2期2009年3月中国公路学报ChinaJournalofHighwayandTransportVol.22No.2Mar.2009文章编号:100127372(2009)0220042206收稿日期:2008206211基金项目:国家自然科学基金项目(50578014)作者简介:李加武(19722),男,安徽书城人,副教授,工学博士,博士后,E2mail:ljw@gl.chd.edu.cn。斜拉桥风致响应的雷诺数效应李加武,张宏杰,韩万水(长安大学公路学院,陕西西安710064)摘要:为研究主梁三分力系数雷诺数效应对斜拉桥的静风响应及抖振响应的影响,分别采用大、小2种比例主梁节段模型的风洞试验测得主梁三分力系数;并用结构有限元方法,以苏通大桥为背景,分析了高雷诺数和低雷诺数时斜拉桥的静风响应和抖振响应。研究结果表明:雷诺数效应对斜拉桥抖振效应有不可忽略的影响;忽略主梁雷诺数效应的斜拉桥静风响应和抖振响应分析可能会导致偏危险的结果。关键词:桥梁工程;斜拉桥;风洞试验;雷诺数效应;有限元方法中图分类号:U448.27文献标志码:AWind2inducedResponseofCable2stayedBridgewithConsiderationofReynoldsNumberEffectLIJia2wu,ZHANGHong2jie,HANWan2shui(SchoolofHighway,ChangπanUniversity,Xiπan710064,Shaanxi,China)Abstract:InordertoinvestigatetheReynoldsnumbereffectofstaticcoefficientsonthestaticwindandbuffetingresponsesinducedbywindloadincable2stayedbridges,twodifferentsizesectionalmodelsofmaingirderwereusedtomeasurethestaticcoefficientsofmaingirderinwindtunneltest.ThestaticanddynamicresponsesofSutongBridgewerecalculatedasanexamplebyuseoffiniteelementmethodatlowerReynoldsnumberandhigherReynoldsnumberrespectively.TheresearchresultsindicatethattheReynoldsnumbereffectonbuffetingresponseofcable2stayedbridgecanπtbeneglected.RelaxingofReynoldsnumbereffectinanalysisofstaticandbuffetingresponsesinducedbywindloadsincable2stayedbridgesmaycausedangerousresults.Keywords:bridgeengineering;cable2stayedbridge;windtunneltest;Reynoldsnumbereffect;finiteelementmethod0引言雷诺数对桥梁抗风设计和分析的影响是多方面的,由于现有桥梁断面理论框架中所用的气动参数无一例外均来自低雷诺数风洞模型试验[1],而所有的常规风洞试验结果都无法满足雷诺数相等,因此,在抗风分析中产生误差也是在所难免的。例如丹麦的大海带东桥在引桥架设过程中就发生了涡振风速低于风洞试验估计值的情况[2]。Scanlan等[3]认为,随着桥梁断面的流线化、桥梁结构分析的精细化,雷诺数效应在将来的抗风研究中不能再回避或粗糙处理,应对雷诺数效应作出正面回答。既有的关于雷诺数效应的研究多针对某一气动参数进行,缺乏系统性分析和精确的后续分析,即缺乏雷诺数效应对于桥梁风致振动响应的最终影响的研究。基于此,本文中笔者以苏通长江公路大桥(简称©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net苏通大桥)为背景,通过考虑三分力系数,尤其是阻力系数的雷诺数效应,计算斜拉桥风致响应,以分析雷诺数效应对桥梁风致响应的影响。通过104和106两个不同雷诺数量级下的风洞试验,获取了用于对比计算的0°攻角下的三分力系数。借助ANSYS和自编程序,实现了桥梁多种风场、多种受力状态下的静风响应和抖振响应计算。1主梁三分力系数试验1.1三分力系数的风洞试验结果在常规风洞中,采用缩尺比为1∶70的小比例尺主梁节段模型,试验风速为10m·s-1,得到了低雷诺数(Re=3.91×104)下主梁三分力系数。此处的雷诺数与当前大多数风洞试验的雷诺数在量级上保持一致。在高风速下,采用缩尺比为1∶13.5的大比例尺主梁节段模型,风速由10m·s-1逐渐提高至88.4m·s-1,得到了高雷诺数下的主梁三分力系数。表1为在高风速下测得的部分雷诺数,可见,雷诺数在1.98×105～1.38×106范围内变化,这些数值比常规风洞中的雷诺数至少高出1个量级。因此,为与常规低雷诺数风洞试验相对应,此部分试验数据作为高雷诺数下的主梁三分力系数。图1为...
