带防撞栏杆扁平箱梁高阶模态涡激振动的CFD研究

祝志文， 石亚光， 颜 爽

(1. 汕头大学 土木与环境工程系，广东 汕头 515063； 2.中冶南方工程技术有限公司，武汉 430000)

现代桥梁跨度的不断增大使得结构逐步向轻柔化和低阻尼方向发展，导致其对风致作用更加敏感。使得其在常遇风速下存在发生涡激振动的可能。涡激振动是一种具有自激和自限幅特性的风致振动，已建成的丹麦大带东桥[1]，日本东京湾大桥[2]，巴西Rio-Niteroi桥[3]和西堠门大桥[4]均发生过大幅度的涡激振动。2020年5月5日广东虎门大桥多次发生涡激振动，引起社会广泛关注。当桥梁跨度大于1 000 m后，结构基频很小且模态密集，在常遇风速内可依次激发桥梁主梁的多个模态，也即可激发基频以上的桥梁高阶模态振动[5-6]。桥梁涡激振动虽不如颤振一样导致桥梁的灾难性破坏，但会影响桥面行车的舒适性和安全性，过大的涡振所产生的高应力幅可能会在桥梁主体结构的焊缝部位产生疲劳破坏。因此，准确预测大跨度桥梁的涡激振动并采取有效的预防措施显得尤为重要。

现阶段桥梁涡激振动研究主要借助节段模型风洞试验[7-9]，但节段模型试验获得的主梁最大涡激振动幅值可能与实桥存在差别，因而可能需要修正，其中的途径如通过节段模型结果与多点弹性支承模型的对比得到[10-11]。现有涡激振动数值模拟的研究也主要集中在形状规则的断面上，如圆柱、方柱和椭圆等。Daniels等[12]采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法结合动网格技术对长宽比为4的矩形柱进行了涡激振动数值模拟。……