箱梁颤振过程中旋涡的演化规律及气动力的变化特性

刘祖军，杨詠昕，葛耀君

(1.华北水利水电学院土木与交通学院，郑州 450011；2.同济大学桥梁工程系，上海 200092)

0 引言

随着计算方法和计算机性能的不断提高，计算流体动力学(CFD)技术在桥梁抗风研究中的应用越来越广泛。Larsen和 Walther采用基于离散涡法模拟了大海带东桥的风振现象，计算结果与风洞试验基本吻合［1］。Lucor模拟了低雷诺数下的拉索和主梁的涡振［2］；Lee Sangsan利用CFD方法对韩国的Namhae桥和Seohae桥进行了二维模型分析，所得结果与风洞试验相近［3］。CFD方法可以获得十分详细的流场和压力分布随时间变化的信息，研究引起桥梁风振的流场特征，包括压力、速度分布和旋涡的生成、运动规律，并且在流场显示图中可以观察到旋涡脱落形式，有利于分析流场和结构之间的相互作用。但是CFD数值模拟缺少普遍适用的湍流模型，计算的收敛性和精度还有待提高，因此CFD计算结果的可靠性和准确性需要经过流场测试结果的验证。

PIV流场测试技术是20世纪80年代发展起来的流动测试手段［4］，具有瞬时性、全场性、无损性和定量性等特点。它既具备了单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。

随着PIV流场测试技术的日臻成熟，已经被广泛应用到湍流、钝体绕流、多相流、机翼翼尖涡和火焰等需要获得复杂流场信息的研究中，因此将PIV技术应用到桥梁风振的流场作用机理研究中，为定量观测桥梁断面振动状态下的旋涡演化规律提供了有利的工具。

同济大学的张伟采用PIV技术研究了H型断面风致振动过程中模型表面旋涡的演化过程以及安装在断面上的中央稳定板的高度对模型表面旋涡产生的影响［5］。……