TSI阵风作用下箱梁断面的气动特性分析

采用二维非定常不可压缩雷诺平均N-S方程结合RNG k-ε湍流模型，模拟分析了TSI (Technical Specifi-cations for Interoperability)阵风以−5˚~+5˚攻角作用下箱梁断面的气动力及流场特性。TSI阵风作用过 *通讯作者。

非定常风速的模拟通常有以下3 种方法：1) 阵风系数法将非定常风速简化为定常风速，采用风速峰值计算风荷载。对于动力响应不敏感的刚性桥梁结构可采用该方法。如，公路桥梁抗风设计中采用静阵风系数计算±3˚风攻角内桥梁主梁的横向最大静阵风荷载[1] [2]。2) 频域方法基于风谱表达非定常的风速，然后在时域进行动力响应分析。

该方法能够充分考虑结构与动力响应间的相关性[3]。

3) 理想阵风法采用时间相关确定阵风时程，采用积分法计算系统的动力响应。该方法可以快速获得系统的最大响应，不需要进行复杂的分析计算。TSI (Technical Specifications for Interoperability)阵风模型[4]就是其中一种，可以有效近似风速最大值邻域的随机过程， 常用于横向风作用下列车的脱轨分析[5] [6]、带风屏障的高架桥上的高速列车的气动特性分析[7]。在这些应用研究中，均基于准定常假设，直接应用静力三分力系数计算TSI 阵风作用下列车的气动力。

本文基于冻结湍流假设(frozen turbulence hypothesis) [8] [9]， 应用FLUENT 软件， 采用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法研究TSI 阵风作用过程中箱梁断面的气动力及流场特性。

2. 物理模型 2.1. 阵风模型 本文采用仅考虑确定性阵风部分TSI 阵风模型[4] [7]。阵风风速( )V t 定义： ( )( )V tt Uβ= (1) 式中，U 为相应的均匀来流风速，取10 m sU =；( )tβ为考虑阵风效应的系数： ( )()()()()()()()()1 sin0.511.51 sin0.51.5221 sin1.533.521 sin2.53.541.0AAttAAtttAAttAAtttβ+−π +π≤≤+−π −π≤≤=−−−π −π≤≤−+−π +π≤≤取其它值 (2) 式中，A 为静阵风风速振幅，根据文献[4] [7]取1.7。

2.2. 箱梁模型及计算域 参考文献[10]中的桥梁模型，箱梁断面如图1 所示。风攻角采用5 ~5α = −+。CFD 计算时取缩尺