Aeroelastisk stabilitet af lange hængebroer
Forfatter
Hansen, Morten G.
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2008
Resumé
Denne afhandling undersøger aeroelastisk stabilitet af lange hængebroer med fokus på at beregne den kritiske flutter-hastighed ved hjælp af CFD-simuleringer. Vindlasterne beskrives lineært via flutter-afledte efter Scanlan, som bestemmes ud fra strømningen omkring et brotværsnit. Først anvendes en model med 2 frihedsgrader, hvor 6 flutter-afledte identificeres gennem CFD med pålagt vertikal bevægelse og rotation af tværsnittet. Derefter udvides modellen til 3 frihedsgrader, hvilket kræver i alt 18 flutter-afledte og en ekstra simulering med pålagt horisontal bevægelse. Med et simpelt deformationsudtryk beregnes den kritiske vindhastighed for begge modeller. Resultaterne valideres mod vindtunnelforsøg for Storebæltsbroen og viser god overensstemmelse; desuden fremgår det, at de første 6 flutter-afledte beskriver hovedparten af lastbidraget. Afhandlingen konkluderer, at CFD kan blive et vigtigt værktøj i fremtidig brodesign, på kort sigt til at reducere antallet af vindtunnelforsøg og på længere sigt muligvis som primært værktøj til aeroelastiske analyser.
This thesis examines the aeroelastic stability of long-span suspension bridges, focusing on computing the critical flutter speed using CFD simulations. The wind loads are linearized using Scanlan’s flutter derivatives, identified from the flow around a bridge cross-section. A two-degree-of-freedom model is first used to extract six flutter derivatives via CFD with imposed vertical translation and rotation of the section. The model is then extended to three degrees of freedom, requiring a total of 18 flutter derivatives and an additional simulation with imposed horizontal translation. Using a simple displacement field, the critical wind speed is evaluated for both models. The results are validated against wind-tunnel tests for the Great Belt Bridge and show good agreement; moreover, the first six flutter derivatives account for the most significant part of the load. The thesis concludes that CFD can play an important role in future bridge design, initially reducing the number of wind-tunnel tests and potentially serving as a primary tool for aeroelastic analyses in the longer term.
[Dette resumé er genereret med hjælp fra AI direkte fra projektet (PDF)]