车辆在迎风侧最外面车道对整个汽车⁃桥梁系统的影响大于其他位置的影响，因此，不同类型的车辆被放置在迎风侧最外侧的车道上。 本次试验中，用到了4 种典型车辆（集装箱车、双层巴士、单层巴士和小轿车），在表4.3 中给出了4 种车型的具体尺寸及质量。 为了研究汽车⁃桥梁系统的涡振性能，表4.4 中给出了17 种工况来区分车辆类型、数目、车辆间距。简称由车型首字母⁃车辆数目⁃车辆间距组成。 试验在XNJD⁃1 风洞中第一节段0°风攻角均匀流的条件下完成的。 工况1＃至工况4＃中的车辆被安放在迎风侧最外侧车道上，车辆的几何中心与最外侧车道的中心重合，如图4.24 所示。

表4.3　车辆的具体尺寸及质量

图4.24　汽车⁃桥梁系统风洞试验

表4.4　风洞试验中的工况

续表

为研究主梁上有无车辆和不同类型车辆对主梁涡振响应的影响，在图4.25 中给出了桥上无车（17＃， N⁃0⁃0）、一辆集装箱车（1＃， JZ⁃1⁃0）、一辆双层巴士（2＃， SB⁃1⁃0）、一辆单层巴士（3＃， DB⁃1⁃0）和一辆小轿车（4＃， XJ⁃1⁃0）时的涡振响应对比情况。

图4.25　不同车型的涡振响应

表4.5　桥上一辆汽车时的最大涡振响应值

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由图4.25 可知，在工况17＃（N⁃0⁃0）无车状态下，涡振区的风速起点为7.7 m／s，当桥上有一辆汽车时，涡振区发生起点的风速推后。 由表4.5 可知，有车状态下涡振响应最大值降低，竖向涡振响应最大被降低了45.78%，扭转涡振响应最大被降低了86.93%。 不同类型的车辆对主梁的涡振响应影响大小不同，与无车工况相比，小轿车车流对主梁涡振响应影响最小，集装箱车流对主梁涡振响应影响最大，但所有类型的车辆的涡振响应都在设计允许值以下。 因为涡振响应会影响乘客和司机的舒适度，所以桥上有车的工况因降低了涡振响应幅度而对行车有利。

在4 种不同类型的车辆中，小轿车过桥时主梁的竖向和扭转涡振响应最小，因此，小轿车的舒适度优于其他车辆。

为了探索研究有车和无车状态、不同类型车辆对主梁涡振响应影响的原因，选用ANSYS软件模拟了风速范围在7.0～12.0 m／s 时，桥上无车、桥上有小轿车和桥上有集装箱车涡量大小和方向变化情况。 发现当风速为11.0 m／s 时，能够看到的车辆对主梁的涡量影响最为明显，可以更好地解释涡振响应发生变化的机理。 为了便于观察，给了风速11.0 m／s 情况下工况1＃（JZ⁃1⁃0）、工况4＃（XJ⁃1⁃0）和工况17＃（N⁃0⁃0）的涡量大小和方向变化情况。 图4.26 显示的是3 种工况下涡量值发生的变化，涡量变化范围为0～5 000 s－1。

图4.26　3 种工况下涡量大小变化（单位：s－1）

由图4.26 可知，涡量极值主要出现在主梁上有附属结构的位置，迎风侧最大涡量集中在导流板和人行道栏杆附近。 这一现象与以前学者研究的主梁上的附属结构对涡振响应影响很多结论相符，间接证明了本次数值模拟结果符合实际。 当主梁上出现车辆时，涡量大小发生了很大的变化，涡量值整体降低，主梁上方的气流被车辆分离，车辆的出现扰动了气流的走向，同时改变了主梁上方和下方的涡量值的大小。 主梁上方涡量值变化不大，但是主梁下方的3 个涡量在车辆出现时合并成了一个涡量，上下涡量差降低，因此涡振响应值被降低。 对比图4.26（b）和图4.26（c）可知，主梁下方的涡量值基本没有变化，主梁上方的涡量值主要被迎风侧的车辆外形影响，气流发生了不同程度的分离，造成了不同车辆类型对主梁涡振响应影响程度不一样。 图4.27 显示的是在3 种工况下涡量方向发生的变化，方向变化角度范围为－45°～＋45°。

图4.27　3 种工况下涡量方向变化（单位：°）

由图4.27 可知，车辆对主梁的涡量方向影响很大，主要表现在以下几个方面：

①车辆的存在扰动了围绕主梁断面的气流的方向，并且对主梁上方气流影响大于下方。

②车辆的断面是导致主梁附近气流方向变化的主要原因。

③集装箱车辆周围的涡量方向大于小轿车周围的涡量方向，涡量方向与升力系数有关，因此工况1＃（JZ⁃1⁃0）下的主梁涡振响应大于工况4＃（XJ⁃1⁃0），与试验结果一致。