实际成桥状态的栏杆透风率为59.8%,试验中设计了透风率100%(去掉栏杆)、45.8%两种方案作为对比,其检修车轨道均位于底板最外侧,风速均为10.0 m/s。 图4.7(a)是栏杆透风率为59.8%时的静力三分力试验情况,图4.7(b)为通过试验测量得到的不同透风率栏杆对三分力影响变化的曲线。 桥面附属构件对桥梁气动力性能影响很大,因此,在图4.7(c)中给出了主梁断面的具体尺寸、中央分隔带、防撞栏杆位置、试验中栏杆替换位置、所有栏杆尺寸,中央分隔带栏杆和防撞栏杆所用尺寸为栏杆①、栏杆②透风率为59.8%,栏杆③透风率为45.8%。
由图4.7(b)可知:
①随着栏杆透风率的减小,阻力系数趋于增大,升力系数趋于减小,力矩系数的变化基本可忽略不计。
②在-12°~-7°和+1°~+12°攻角范围内,不同风速下的升力系数变化十分明显,证明在此攻角范围内栏杆透风率对升力系数的影响较大。
③栏杆透风率变化对阻力系数影响最大,升力系数次之,力矩系数最小。
图4.8 至图4.10 是当风攻角为+12°时,三种栏杆透风率下主梁断面附近压强、速度和流线分布的变化情况,根据其流场的对比可定性分析出阻力系数、升力系数和力矩系数随栏杆透风率变化的原因。
由图4.8 至图4.10 可知:
图4.7 栏杆透风率对三分力系数的影响(www.daowen.com)
图4.8 主梁断面附近压强分布(单位:Pa)
图4.9 主梁附近速度分布(单位:m/s)
图4.10 主梁附近流线轮廓
①无栏杆时,主梁上方的气流在风嘴处分离后又很快再附着在主梁上[图4.10(a)],而有栏杆时,栏杆的导流作用使得气流的再附着能力变差,无栏杆时下游尾迹区的旋涡明显比有栏杆时小[图4.10(b)、(c)],导致无栏杆时背风侧负压区的范围最小(图4.8),迎风侧为正压区,三种栏杆透风率下迎风侧压力基本没有变化,因此,无栏杆时迎风侧和背风侧压力差最小,与透风率为59.8%的栏杆比较,透风率为45.8%的栏杆透风量更小,对气流的扰动更大,使再附点往下游移动,延伸至尾迹区的旋涡更大、尾流更宽,背风侧负压区的范围更大[图4.10(b)、(c)],因此迎、背风侧压力差更大[图4.8(b)、(c)],阻力系数更大。 所以相同风攻角下,三种透风率栏杆阻力系数从小到大依次为无栏杆、栏杆透风率为59.8%、栏杆透风率为45.8%。
②三种工况下主梁流场上侧压强、速度和流线变化较大,下侧基本没有发生变化,说明栏杆主要影响上表面的流场,对下表面的流场分布基本无影响。 无栏杆时,主梁上侧无障碍物阻挡,其风速要大于有栏杆的两种工况(图4.9),负压区压强绝对值更大,因此上下压力差更大,升力系数更大。 与透风率为59.8%的栏杆相比,透风率为45.8%的栏杆对气流的阻挡更强,上表面风速更小[图4.9(b)],上方负压区压强的绝对值更小,因此上下压力差更小,升力系数更小。 所以在相同风攻角下,三种透风率栏杆升力系数从小到大依次为栏杆透风率为45.8%、栏杆透风率为59.8%、无栏杆。
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