下面文章主要是研究風攻角對扁平箱梁氣動特性的影響，文章中還進行了扁平箱梁在-10°~10°攻角下的風洞測壓試驗，并分析風攻角對扁平箱梁的三分力系數、風壓系數以及斯托羅哈數的影響，結果發現：隨著風攻角的增加升力系數逐漸變大，4°風攻角后趨于平緩，風攻角對阻力系數和扭矩系數影響不大，隨著風攻角的增加，扁平箱梁區域一、區域七、區域八的風壓系數增大，其他區域隨著風攻角增大呈減小趨勢，隨著風攻角的增大，扁平箱梁的旋渦脫落越來越明顯。

　　關鍵詞：風攻角,氣動特性,三分力系數,風壓系數,斯托羅哈數

　　扁平箱梁斷面由于其良好的氣動外形，被廣泛的應用于大跨度橋梁中[1]。扁平箱梁的氣動特性研究對于其抗風設計有著重要意義。楊群采用風洞試驗的方法研究了風攻角對寬高比為5的矩形斷面梁的其動力特性的影響，風攻角變化范圍為0°~6°，得到的結果為不同攻角下的斯托羅哈數、馳振力系數和三分力系數[2]。風攻角對橋梁斷面氣動性能有重要影響，本文研究了扁平箱梁在不同攻角下的三分力系數、測點風壓系數、分塊風壓系數以及斯托羅哈數并進行了分析，得出風攻角對扁平箱梁氣動特性的影響規律，進而指導工程實際應用。

　　1風洞試驗概況

　　通過節段風洞測壓試驗來研究風攻角對扁平氣動特性的影響[3]，箱梁模型斷面寬370mm，長為2000mm，高為64mm，沿模型長度方向在其中間表面布置一排測壓孔，共60個，考慮到橫斷面尖角位置的流動參數變化比較大，這些位置的測壓孔相對較密。《公路橋梁抗風設計規范》中對經歷三分力試驗建議風攻角的變化范圍宜為-10°~10°[4]，本文采用風攻角的變化范圍為-10°~10°，每2°一個變化，試驗風速為10m/s。

　　在不同攻角下測得扁平箱梁的三分力系數、風壓系數，通過對升力系數進行傅里葉變換得到升力系數頻譜圖，得出斯托羅哈數，并分析攻角對扁平箱梁三分力系數、測點風壓系數以及斯托羅哈數的影響并畫出影響曲線。

　　2風攻角對扁平箱梁氣動特性的影響

　　2.1風攻角對三分力系數的影響

　　風荷載產生的根本原因是橋梁斷面的存在改變了流場的分布與特性。在其他條件相同的情況下，形狀相似的兩個截面的靜力風荷載應當與特征尺寸成比例，這樣可以引入無量綱的靜力力系數。

　　(1)單箱梁的阻力系數變化比較平緩，隨著風攻角的增大，大致呈現出先減小后增大的類“U”型變化趨勢，在0°風攻角時達到最小值，阻力系數約為0.065，在-10°風攻角下的阻力系數約為0.110，在10°風攻角下達到最大值，阻力系數約為0.110;

　　(2)與阻力系數相比，升力系數的變化幅度相對較大，在-10°~4°的風攻角范圍內隨著攻角的增大迅速增大，在4°~10°的風攻角范圍內隨著攻角的增大變化不明顯，在-10°風攻角下達到最小值，升力系數約為-0.916;

　　(3)扭矩系數的變化幅度介于阻力系數和升力系數之間，在-10°~2°的風攻角范圍內隨著攻角的增大而增大，在-10°風攻角下達到最小值，扭矩系數約為-0.173,在2°~10°的風攻角范圍內變化很小，扭矩系數在0.06~0.085范圍變化。

　　2.2風攻角對風壓系數的影響

　　通過分析扁平箱梁表面各測點的風壓，可以判斷箱梁所受氣動力情況，一般用無量綱風壓系數來描述模型表面的風壓分布特性。箱梁表面風壓系數可以表示斷面周圍氣流的分離和再附情況。可以看出測點風壓系數在不同攻角下大致呈相近的變化趨勢，變化幅度有所不同，區域二、區域八兩個區域隨著風攻角的不同相同測點的風壓系數差別較大;風壓系數在區域一、二，區域五、六，區域六、七，區域七、八分界點處測點5、42、46、51均發生了突變，由原來的減小轉為增大或者由原來的增大轉為減小。

　　風壓系數發生突變表明斷面周圍氣流的分離和再附情況發生了改變，且這種情況的發生與風攻角無關與結構的斷面外形有關。風攻角從10°~10°風壓系數從0.54緩慢增加到0.84;區域二的風壓系數從0.29減小到-0.7在緩慢增加到0.59;區域三的風壓系數的從0.04減小到-0.61;區域四的風壓系數由-0.2緩慢增加到-0.06，再減小到-0.38。風攻角的變化對區域二、三、四的影響整體表現為減小效應，對區域二的減小幅度最大，區域三次之，區域四再次之。

　　風攻角對區域五、區域六的影響趨勢幾乎相同，呈緩慢減小趨勢;區域七的風壓系數隨著風攻角增大逐漸增大，由-1.04增加到-0.89;區域八的風壓系數受風攻角影響較大，隨著風攻角的增大由-1.5增加到-0.55，其增加幅度大于區域七。區域一、區域七、區域八的風壓系數隨著風攻角的增大而增大，區域八增加幅度最大;區域二、區域三、區域四、區域五、區域六風壓系數隨著風攻角的增大而減小，區域二減小幅度最大。隨著風攻角的增大，卓越頻率越來越明顯，10°風攻角下已經出現明顯的卓越頻率，此時對應的St為0.6387。

　　3結論

　　(1)風攻角對扁平箱梁的三分力系數均有影響，其中對升力系數影響最大，隨著風攻角增大升力系數呈增大趨勢;阻力系數隨著風攻角增大基本不變;扭矩系數隨著風攻角的增加而增大，但2°風攻角后基本不變。

　　(2)風攻角在-10°~6°范圍內時，扁平箱梁尾部無明顯旋渦脫落;風攻角在6°~10°范圍內時，扁平箱梁尾部存在旋渦脫落，且旋渦脫落隨著風攻角的增加越來越明顯。

　　參考文獻：

　　[1]楊陽,張亮亮,吳波,符健.寬體扁平鋼箱梁氣動力特性及渦振性能研究[J].橋梁建設,2016,46(01):70-75.

　　[2]楊群,劉小兵.風攻角對寬高比為5的矩形斷面梁氣動力特性的影響[J].石家莊鐵道大學學報(自然科學版),2015(1):6-11.

　　[3]劉慶寬.多功能大氣邊界層風洞的設計與建設[J].實驗流體力學,2011,25(3):66-70.

　　[4]中交公路規劃設計院.公路橋梁抗風設計規范[M].人民交通出版社,2005.

　　推薦期刊：《橋梁建設》現由中國鐵路工程總公司主管，中鐵大橋局集團有限公司主辦，中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司出版。