哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
经济和社会的发展对桥梁跨度提出了更高的要求。相比于传统闭口式单箱梁，
分离式箱梁由于其极限风速高、颤振稳定性高等优点被越来越多地应用于实际工
程中。但是大跨度桥梁在低风速下易发生具有自激性质的限幅振动，即涡激振动
VIV
（），影响桥梁的安全服役性能，易使桥梁局部构件产生疲劳损坏。分离式箱
梁由于相邻主梁之间存在间隙，从上游箱梁表面脱落的旋涡会撞击下游箱梁，这会
加剧桥梁整体的VIV。因此，研究分离式箱梁的气动特性的雷诺数效应对其绕流场
流动机理和涡振控制具有重要意义。
本课题基于数值模拟，研究了分离式三箱梁气动特性的雷诺数效应，主要内容
包括：
1
（）建立分离式三箱梁绕流场三维数值模型，并对整个流场计算域进行不同
密度结构网格划分，以此验证计算网格的无关性；其次，基于大涡模拟湍流模型，
研究三箱梁绕流中流动的转捩过程；最后，通过与已有风洞试验结果进行比对，验
证模拟的正确性，为分离式三箱梁绕流气动特性雷诺数效应的研究提供可行性依
据。
2
（）基于高精度数值模拟，得到了不同风速下分离式三箱梁表面压力分布、
非定常气动力系数以及监测点处压力变化主频分布，发现三箱梁静风特性具有明
显的雷诺数效应，并以在箱梁上表面发现的“双频”现象为基础，揭示了不同雷诺
数下，流场中旋涡对箱梁表面非定常作用的机制和其自身运动的物理规律。
3
（）基于高精度数值模拟，复现了静止分离式三箱梁表面绕流流动的分离与
再附过程，并且发现在临界雷诺数范围内三箱梁表面剪切层会发生湍流转捩；基于
不同雷诺数范围内湍流结构特征参数的关系曲线，研究了不同雷诺数条件下旋涡
脱落模式、旋涡再附位置的变化，揭示了分离式三箱梁周围流场流动特性的雷诺数
效应。
关键词：分离式三箱梁；静风特性；数值模拟；雷诺数效应；特征湍流
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Economicandsocialdevelopmenthasplacedgreaterdemandsonbridgespans.
Comparedtothesingleboxgirder,thesplitboxgirderiswidelyusedinpractical
engineeringduetoitsadvantagesofhighlimitingwindspeedandhighflutterstability.
However,largespanbridgesarepronetoself-excitedlimitingvibrationatlowwind
speeds,i.e.vortexinducedvibration(VIV),whichaffectsthesafeperformanceofthe
bridgeandcausesfatiguedamagetolocalbridgecomponents.Asthereisagapbetween
theadjacentmaingirdersofthesplitboxgirder,thevortexdetachedfromthesurfaceof
theupstreamboxgirderwillhitthedownstreamboxgirder,increasingtheVIVofthe
wholebridge.Therefore,itisimportanttostudytheaerodynamiccharacteristicsofthe
splitboxgirderforitsflowmechanismofflowfieldandvortexvibration