机动式高架栈桥风浪耦合位移响应的三维模拟研究

机动式高架栈桥作为一种特殊的桥梁结构，其在风浪环境中的稳定性和动态性能对于设计和维护至关重要。本文发表于2011年的《振动与冲击》期刊，作者是李霞、孙芦忠、尹洪波和谢兴坤，主要针对机动式高架栈桥的特点进行了深入研究。他们采用了分离涡方法来模拟湍流，这是一种精确模拟复杂流动现象的技术，特别适用于处理风浪耦合问题。 在研究过程中，研究人员利用任意拉格朗日-欧拉方法（ALE，Arbitrary Lagrangian Eulerian）来求解流固耦合问题。这种方法允许流动场和结构之间的自由匹配，能够更好地模拟结构在动态环境中的变形行为。通过三维数值模拟，他们对机动式高架栈桥在风浪耦合作用下的位移响应进行了详细的分析。 研究发现，风浪耦合作用下，高架栈桥的主要运动形式是平动，这表明风和浪的共同影响倾向于使栈桥整体移动。然而，传统的简单叠加算法在处理这种复杂耦合问题时可能会产生较大的误差，因为它们没有充分考虑各因素之间的交互作用。 当波浪频率接近高架栈桥的固有频率时，会发生共振效应，这会导致结构的位移响应显著增加，远远超过仅受波浪荷载时的情况。这意味着在特定的自然条件或操作条件下，栈桥的振动可能变得非常剧烈，可能引发结构安全问题。 相反，如果波浪频率与栈桥固有频率差距较大，风浪耦合的影响会使得线位移响应小于风力和波浪荷载单独作用时的总和，但对角位移的影响相对较小。这表明，在这种情况下，设计者可以通过调整结构参数或者采取适当的减振措施来降低风浪耦合带来的不利影响。 这篇文章揭示了机动式高架栈桥在风浪环境中的行为特性，为桥梁工程设计提供了重要的参考依据，强调了精确的流固耦合模拟在理解和控制这类复杂结构动态响应中的关键作用。同时，研究结果也提醒我们在设计和管理此类桥梁时，要考虑风浪耦合作用可能导致的共振风险，以确保桥梁的安全和使用寿命。