覆冰悬索管道桥静气动力特性试验研究

发布时间：2020-07-04 12:22

【摘要】：随着我国油气管道运输的发展,悬索管道桥因其跨越能力大,外型美观,经济性好等优势,在管道跨越工程中被广泛采用。相比公路悬索桥,悬索管道桥因其窄、柔、轻、钝的特点,抗风稳定性问题非常突出。有些悬索管道桥分布在冻雨天气较为严重的地区,覆冰使其结构外形改变,可能会严重影响其抗风性能。为研究悬索管道桥覆冰后的静气动力特性,本文分别对悬索管道桥的覆冰形式、典型双管桥梁断面的气动特性以及覆冰后的气动特性等问题展开试验研究,主要工作及结论如下:(1)在气候实验室中,分别研究圆形管道不同直径,桁架和栏杆角钢构件不同安装方式、不同断面形式,以及不同降雨量对管道桥构件覆冰的影响,包括径向覆冰的冰形与厚度和冰棱外形与长度。结果表明:圆形管道覆冰冰形因降水量的不同主要有月牙形、D形和扇形三种。冰棱的长度与圆管直径直接相关,但其直径受圆管直径影响不大。桁架与篦子板的覆冰主要在迎雨面,覆冰后相当于增大了原构件的迎雨面宽度、厚度。(2)以双层单排和单层双排两种典型悬索管道桥断面为例,研究篦子板透孔率、管道间距、管道直径等结构参数对结构静三分力系数的影响,为管道桥梁抗风设计提供指导。结果表明:篦子板透孔率对静三分力系数影响明显,设计时为了减小升力和升力矩的作用,尽可能增大篦子板透孔率。增加管道间距,阻力系数和升力矩系数增大明显,升力系数变化相对较小。增大管道直径,阻力系数和升力矩系数增加,升力系数减小。在1.7×10~5~3.0×10~6的雷诺数范围内,管道桥静三分力系数均存在雷诺数效应,升力系数和升力矩系数随雷诺数增加变化明显。(3)通过对圆形管道覆冰试验进行分析,总结出月牙形、D形与扇形三种管道覆冰冰形与其他构件的覆冰试验模型。通过风洞试验,研究了覆冰对悬索管道桥静三分力系数的影响。结果表明:管道及桁架覆冰时,会大幅度提高静三分力系数,削弱抗风稳定性,严重危害结构的安全。阻力系数随着覆冰厚度的增加,但是对冰形的敏感性较小。升力系数与升力矩系数对冰形的敏感度较高,尤其D形覆冰会大幅增大升力系数与升力矩系数。覆冰会对阻力矩系数的雷诺数效应影响较小,但升力矩系数的雷诺数效应会更加显著,且D形覆冰影响最为明显。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446;TE973

【参考文献】