下面文章主要是研究風(fēng)攻角對(duì)扁平箱梁氣動(dòng)特性的影響，文章中還進(jìn)行了扁平箱梁在-10°~10°攻角下的風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)，并分析風(fēng)攻角對(duì)扁平箱梁的三分力系數(shù)、風(fēng)壓系數(shù)以及斯托羅哈數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著風(fēng)攻角的增加升力系數(shù)逐漸變大，4°風(fēng)攻角后趨于平緩，風(fēng)攻角對(duì)阻力系數(shù)和扭矩系數(shù)影響不大，隨著風(fēng)攻角的增加，扁平箱梁區(qū)域一、區(qū)域七、區(qū)域八的風(fēng)壓系數(shù)增大，其他區(qū)域隨著風(fēng)攻角增大呈減小趨勢(shì)，隨著風(fēng)攻角的增大，扁平箱梁的旋渦脫落越來越明顯。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)攻角,氣動(dòng)特性,三分力系數(shù),風(fēng)壓系數(shù),斯托羅哈數(shù)

　　扁平箱梁斷面由于其良好的氣動(dòng)外形，被廣泛的應(yīng)用于大跨度橋梁中[1]。扁平箱梁的氣動(dòng)特性研究對(duì)于其抗風(fēng)設(shè)計(jì)有著重要意義。楊群采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法研究了風(fēng)攻角對(duì)寬高比為5的矩形斷面梁的其動(dòng)力特性的影響，風(fēng)攻角變化范圍為0°~6°，得到的結(jié)果為不同攻角下的斯托羅哈數(shù)、馳振力系數(shù)和三分力系數(shù)[2]。風(fēng)攻角對(duì)橋梁斷面氣動(dòng)性能有重要影響，本文研究了扁平箱梁在不同攻角下的三分力系數(shù)、測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)、分塊風(fēng)壓系數(shù)以及斯托羅哈數(shù)并進(jìn)行了分析，得出風(fēng)攻角對(duì)扁平箱梁氣動(dòng)特性的影響規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)工程實(shí)際應(yīng)用。

　　1風(fēng)洞試驗(yàn)概況

　　通過節(jié)段風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)來研究風(fēng)攻角對(duì)扁平氣動(dòng)特性的影響[3]，箱梁模型斷面寬370mm，長為2000mm，高為64mm，沿模型長度方向在其中間表面布置一排測(cè)壓孔，共60個(gè)，考慮到橫斷面尖角位置的流動(dòng)參數(shù)變化比較大，這些位置的測(cè)壓孔相對(duì)較密�！豆�路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)經(jīng)歷三分力試驗(yàn)建議風(fēng)攻角的變化范圍宜為-10°~10°[4]，本文采用風(fēng)攻角的變化范圍為-10°~10°，每2°一個(gè)變化，試驗(yàn)風(fēng)速為10m/s。

　　在不同攻角下測(cè)得扁平箱梁的三分力系數(shù)、風(fēng)壓系數(shù)，通過對(duì)升力系數(shù)進(jìn)行傅里葉變換得到升力系數(shù)頻譜圖，得出斯托羅哈數(shù)，并分析攻角對(duì)扁平箱梁三分力系數(shù)、測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)以及斯托羅哈數(shù)的影響并畫出影響曲線。

　　2風(fēng)攻角對(duì)扁平箱梁氣動(dòng)特性的影響

　　2.1風(fēng)攻角對(duì)三分力系數(shù)的影響

　　風(fēng)荷載產(chǎn)生的根本原因是橋梁斷面的存在改變了流場(chǎng)的分布與特性。在其他條件相同的情況下，形狀相似的兩個(gè)截面的靜力風(fēng)荷載應(yīng)當(dāng)與特征尺寸成比例，這樣可以引入無量綱的靜力力系數(shù)。

　　(1)單箱梁的阻力系數(shù)變化比較平緩，隨著風(fēng)攻角的增大，大致呈現(xiàn)出先減小后增大的類“U”型變化趨勢(shì)，在0°風(fēng)攻角時(shí)達(dá)到最小值，阻力系數(shù)約為0.065，在-10°風(fēng)攻角下的阻力系數(shù)約為0.110，在10°風(fēng)攻角下達(dá)到最大值，阻力系數(shù)約為0.110;

　　(2)與阻力系數(shù)相比，升力系數(shù)的變化幅度相對(duì)較大，在-10°~4°的風(fēng)攻角范圍內(nèi)隨著攻角的增大迅速增大，在4°~10°的風(fēng)攻角范圍內(nèi)隨著攻角的增大變化不明顯，在-10°風(fēng)攻角下達(dá)到最小值，升力系數(shù)約為-0.916;

　　(3)扭矩系數(shù)的變化幅度介于阻力系數(shù)和升力系數(shù)之間，在-10°~2°的風(fēng)攻角范圍內(nèi)隨著攻角的增大而增大，在-10°風(fēng)攻角下達(dá)到最小值，扭矩系數(shù)約為-0.173,在2°~10°的風(fēng)攻角范圍內(nèi)變化很小，扭矩系數(shù)在0.06~0.085范圍變化。

　　2.2風(fēng)攻角對(duì)風(fēng)壓系數(shù)的影響

　　通過分析扁平箱梁表面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓，可以判斷箱梁所受氣動(dòng)力情況，一般用無量綱風(fēng)壓系數(shù)來描述模型表面的風(fēng)壓分布特性。箱梁表面風(fēng)壓系數(shù)可以表示斷面周圍氣流的分離和再附情況。可以看出測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)在不同攻角下大致呈相近的變化趨勢(shì)，變化幅度有所不同，區(qū)域二、區(qū)域八兩個(gè)區(qū)域隨著風(fēng)攻角的不同相同測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)差別較大;風(fēng)壓系數(shù)在區(qū)域一、二，區(qū)域五、六，區(qū)域六、七，區(qū)域七、八分界點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)5、42、46、51均發(fā)生了突變，由原來的減小轉(zhuǎn)為增大或者由原來的增大轉(zhuǎn)為減小。

　　風(fēng)壓系數(shù)發(fā)生突變表明斷面周圍氣流的分離和再附情況發(fā)生了改變，且這種情況的發(fā)生與風(fēng)攻角無關(guān)與結(jié)構(gòu)的斷面外形有關(guān)。風(fēng)攻角從10°~10°風(fēng)壓系數(shù)從0.54緩慢增加到0.84;區(qū)域二的風(fēng)壓系數(shù)從0.29減小到-0.7在緩慢增加到0.59;區(qū)域三的風(fēng)壓系數(shù)的從0.04減小到-0.61;區(qū)域四的風(fēng)壓系數(shù)由-0.2緩慢增加到-0.06，再減小到-0.38。風(fēng)攻角的變化對(duì)區(qū)域二、三、四的影響整體表現(xiàn)為減小效應(yīng)，對(duì)區(qū)域二的減小幅度最大，區(qū)域三次之，區(qū)域四再次之。

　　風(fēng)攻角對(duì)區(qū)域五、區(qū)域六的影響趨勢(shì)幾乎相同，呈緩慢減小趨勢(shì);區(qū)域七的風(fēng)壓系數(shù)隨著風(fēng)攻角增大逐漸增大，由-1.04增加到-0.89;區(qū)域八的風(fēng)壓系數(shù)受風(fēng)攻角影響較大，隨著風(fēng)攻角的增大由-1.5增加到-0.55，其增加幅度大于區(qū)域七。區(qū)域一、區(qū)域七、區(qū)域八的風(fēng)壓系數(shù)隨著風(fēng)攻角的增大而增大，區(qū)域八增加幅度最大;區(qū)域二、區(qū)域三、區(qū)域四、區(qū)域五、區(qū)域六風(fēng)壓系數(shù)隨著風(fēng)攻角的增大而減小，區(qū)域二減小幅度最大。隨著風(fēng)攻角的增大，卓越頻率越來越明顯，10°風(fēng)攻角下已經(jīng)出現(xiàn)明顯的卓越頻率，此時(shí)對(duì)應(yīng)的St為0.6387。

　　3結(jié)論

　　(1)風(fēng)攻角對(duì)扁平箱梁的三分力系數(shù)均有影響，其中對(duì)升力系數(shù)影響最大，隨著風(fēng)攻角增大升力系數(shù)呈增大趨勢(shì);阻力系數(shù)隨著風(fēng)攻角增大基本不變;扭矩系數(shù)隨著風(fēng)攻角的增加而增大，但2°風(fēng)攻角后基本不變。

　　(2)風(fēng)攻角在-10°~6°范圍內(nèi)時(shí)，扁平箱梁尾部無明顯旋渦脫落;風(fēng)攻角在6°~10°范圍內(nèi)時(shí)，扁平箱梁尾部存在旋渦脫落，且旋渦脫落隨著風(fēng)攻角的增加越來越明顯。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]楊陽,張亮亮,吳波,符健.寬體扁平鋼箱梁氣動(dòng)力特性及渦振性能研究[J].橋梁建設(shè),2016,46(01):70-75.

　　[2]楊群,劉小兵.風(fēng)攻角對(duì)寬高比為5的矩形斷面梁氣動(dòng)力特性的影響[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(1):6-11.

　　[3]劉慶寬.多功能大氣邊界層風(fēng)洞的設(shè)計(jì)與建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)流體力學(xué),2011,25(3):66-70.

　　[4]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].人民交通出版社,2005.

　　推薦期刊：《橋梁建設(shè)》現(xiàn)由中國鐵路工程總公司主管，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司主辦，中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司出版。