中高雷诺数区两类典型桥梁断面气动特性研究

学术界越来越重视桥梁断面的雷诺数效应，也证实了忽略雷诺数效应得到的气动参数是不准确的，但是已有对桥梁断面雷诺数效应的研究仍存在一定的局限性。在已有研究基础上进行更加精细化的研究，对认识桥梁断面雷诺数效应发生机理，解决桥梁风荷载计算偏差过大问题，指导桥梁设计均有重大意义。本课题将利用行驶于高速跑道的汽车和风洞实验室对模型进行自然风场及实验室风场的测力、测振、测压试验，并建立表面压力与三分力系数及涡振特性的规律性关系，调查雷诺数效应的发生机理；制作带有附属结构（如栏杆）的桥梁断面，研究附属结构及其细部尺寸对雷诺数效应的影响；通过改变风速或模型尺寸获得相同雷诺数，以甄别气动参数的尺寸效应与雷诺数效应。希望对桥梁断面进行精细化的研究，以试图得出具有普遍性、对生产实践具有重要指导意义的结论。

本课题利用风洞实验室与行驶于高速跑道的汽车对模型进行实验室风场与自然风场的一系列测力、测压试验，分析了桥梁断面气动特性的雷诺数效应，得出了一些有益的结论,本研究得出的研究结论细述如下。.1）模型的长宽比不同会对桥梁断面静力三分力系数有一定的影响，研究认为节段模型测力试验合适的长宽比应该大于2:1；模型的长宽比越大，静力三分力系数越大，且与是否带二元端板关系不大。 二元端板的大小会对三分力系数产生一定的影响，二元端板尺寸越大，测得的数据越稳定。.2）沿模型长度方向静力三分力系数在一定范围内波动，数据不是很稳定。.3）检修车轨道和栏杆的存在可以减小近流线型桥梁断面静力三分力系数的雷诺数效应；阻力系数、升力系数和升力矩系数-雷诺数曲线对检修车轨道和栏杆表现出不同敏感特性。.4）对于近流线型断面，阻力系数在Re=2.0×105 到Re= 3.0×105会变大，超过Re= 3.0×105 时急剧减小；升力系数随着雷诺数的增大而减小；升力矩系数随着雷诺数的增大基本上保持不变，因此抗风设计计算分析中不考虑升力矩系数雷诺数效应得到的结果理论上是正确的。表面压力系数会随着雷诺数（Re=1.0×105 ~Re= 3.0×105）的增大而减小，但是到Re= 4.0×105时压力系数又会变大。.5）对于近流线型断面，在0°风攻角下，自然风场测试的阻力系数随雷诺数的演变规律与风洞风场测试结果不一致，风洞试验测得的升力系数要小于自然风场测得的结果，风洞试验测得的升力矩系数要大于自然风场测得的结果；自然风场测试的表面压力系数随雷诺数的演变规律与风洞风场测试结果类似，但是模型置于自然风场中得到的表面压力系数要均大于风洞均匀风场中得到的结果。.6）对于近流线型断面，低雷诺数条件下，阻塞率对于试验结果的阻力系数影响很大；Re大于150000条件下，阻塞率对于阻力系数的影响可以忽略；阻塞率大的试验，测得升力系数小于实际结果；测得升力矩系数大于实际结果；测得的压力系数小于实际值。