都市内気流中の橋梁構造物の空力特性および風荷重評価

城市气流中桥梁结构气动特性及风荷载评估

• 批准号: 06650519
• 负责人: 白土 博通
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650519/
• 关键词: 都市内気流; 空力振動; 橋梁構造物; CFD; 矩形断面; 乱流効果; 連行作用; 六角形桁断面

本研究は、都市内気流中の橋梁構造物に作用する風荷重特性を風洞実験ならびに数値解析の両面から検討を加えることを目的とするものである.本研究の成果の概要は以下のようである.1.構造基本断面の空力特性評価に対するCFDの応用についてCFDの中でも比較的簡便な離散渦法を用い,構造基本断面(矩形断面)の空気力,および後流の流速変動特性の再現を試みた.物体近傍の流れの解析精度を上げ,かつ流れの粘性を考慮するため,渦法と差分法それぞれの利点を生かした解析手法を適用し,解析を行った.解析結果に及ぼす数値粘性の影響が大きいため,これを抑える新たな手法を提案すると共に,その妥当性について断面辺長比1:2矩形断面のストローハル数(後流の流速変動特性を示す無次元数)がレイノルズ数によって変化する様を再現し,実験値との比較により検証した.さらに,物体の振動問題へ拡張し,振動中の非定常圧力,非定常空気力について解析を試み,準定常的な特性は非粘性解析である程度再現可能であるものの,非定常性が強い領域では流れの粘性を的確に導入する必要性が指摘された.2.乱流中の橋梁構造物の動的空力特性について強い乱れを含む都市内の気流による橋梁構造物の空力特性を調査するために,前縁,後縁形状を独立に変化させた断面を対象に,乱流の渦励振に及ぼす影響を風洞実験より検討した.その結果,矩形断面で乱流中で応答振幅が低減するメカニズムは,前縁剥離渦は乱れにより弱められることはなく,乱流による流れ場全体の微妙な変化が矩形断面の自己励起型渦励振では安定化効果という形で現れ,六角形桁断面の再付着型渦励振では逆に不安定化効果として現れること,さらにこの「微妙な変化」は乱流の高周波数成分による流れの連行作用であること等が明かとなった.

本研究的目的是通过风洞实验和数值分析来研究城市气流中桥梁结构的风荷载特性。本研究结果总结如下： 1.结构的基本截面。关于CFD应用于气动特性评估，我们采用了CFD方法中较为简单的离散涡流法，尝试再现结构基本截面（矩形截面）和流动的气动力提高尾流的速度波动特性。另外，为了考虑流动的粘性，我们采用了一种发挥涡流法和有限差分法优点的分析方法。由于数值粘性对分析结果的影响较大，除了提出建议之外，我们还开发了一种新方法来抑制这种情况。通过再现边长比为1:2的矩形截面的斯特劳哈尔数（表示尾流中流速波动特性的无量纲数）随雷诺数的变化情况并进行比较，验证了方程的有效性。此外，还涉及物体的振动问题。我们将分析扩展到包括振动过程中的非定常压力和非定常气动力，尽管通过无粘性分析可以在一定程度上再现准稳态特性，但指出了在非定常性强的区域中准确引入流动粘度的必要性。 。 2.湍流中桥梁结构的动态气动特性为了研究强湍流城市气流对桥梁结构的气动特性，我们创建了前缘和后缘形状独立变化的截面，以研究湍流的影响。对涡流激励进行了研究。通过风洞实验对结果进行了研究。结果表明，矩形截面湍流中响应幅值减小的机制是前缘分离涡没有被湍流削弱，整个流动发生细微的变化。由于湍流场发生在矩形截面上的自激涡旋激发。在这种情况下，它表现为稳定效应，而在六角梁截面的再附着型涡激振动中，它表现为失稳效应。而且，这种“微妙的变化”是由流动夹带效应引起的。湍流的高频成分已经变得清晰。

项目成果

松本 勝: "渦励振に及ぼす乱流効果に関する研究" 平成7年度日本風工学会年次研究会発表会. (発表予定). (1995)

Masaru Matsumoto：“涡流激励的湍流效应研究”1995 年日本风工程学会年度研究会议（预定报告）。

白土博通: "渦法による流れの解析に関する考察" 平成7年度土木学会関西支部年次学術講演会. (発表予定). (1995)

Hiromichi Shirato：“使用涡流法进行流动分析的考虑”日本土木工程师学会关西分会 1995 年学术会议（预定报告）。