开缝式柔性膜结构对5∶1矩形柱体气动力的影响

作者：尹亚鹏; 王汉封; 李欢^*; 何旭辉; 黄致睿

来源：铁道科学与工程学报, 2022, 19(11): 3326-3334.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20211495

• 开缝式柔性膜结构
• 矩形柱体
• 气动力

针对刚性风屏障会增加桥梁结构阻力和扭矩的问题，基于仿生学原理，设计一种开缝式柔性膜结构。采用测压试验，通过改变攻角等参数，系统地研究开缝式柔性膜结构对5∶1矩形柱体风压分布和气动力的影响，为推广开缝式柔性膜结构在扁平箱梁的应用提供依据。研究结果表明：试验模型的水平对称性和流动二维性比较好，测压试验结果与已有试验结果吻合良好，可以用来分析柔性膜结构对矩形柱体气动力的影响。开缝式柔性膜结构不同位置处的风压系数有区别，其拍动引起的旋涡，加剧了外部气流同柱体表面气流的动量交换。无柔性膜结构时，矩形柱体各截面有较强的展向相关性，在攻角0°～10°范围，柱体表面具有大尺度展向旋涡脱落。柔性膜结构削弱了大尺度展向旋涡，降低了升力系数的展向相关性，是三分力系数减小的重要原因。单独一片柔性膜结构的影响区域有限，沿流向脉动风压迅速衰减，对两片膜结构之间的缝隙处影响较弱。开缝式柔性膜结构对矩形柱体的气动力有较强的影响，在4°攻角下，平均阻力系数最大下降11.8%，平均升力系数最大下降34.5%，平均扭矩系数最大下降60.7%；脉动阻力系数最大下降66.4%，脉动升力系数最大下降68.2%，脉动扭矩系数最大下降55.0%。

• 单位
  土木工程学院; 中南大学