南溪长江大桥桥址区风特性研究

南溪长江大桥是跨越长江的一座特大型悬索桥,桥址区地形地貌复杂,风环境恶劣。根据南溪长江大桥工程设计方案及桥址区现有资料,基于规范风速标准、气象站历史风速记录以及区域地形风场CFD分析对桥址区的风特性进行了研究,确定了南溪长江大桥的风速标准,为大桥的进一步抗风分析提供依据。     

成贵铁路贵州鸭池河特大桥设计风速及其特性研究

成贵铁路贵州鸭池河特大桥主桥为主跨436 m的中承式钢桁-混凝土结合拱桥,桥址区山高谷深,气象条件复杂。为确定该桥的设计风速及其相关特性,采用计算流体动力学方法,建立桥址区地形风场计算模型,计算桥址区的风剖面特性、跨向分布特性和风攻角特性等,并根据风速相关性分析推算其设计风速。结果表明:受峡谷效应的影响,横桥向来风时风速放大因子最大,其为抗风设计的主要风向;在桥梁建筑高度范围内,桥址区风速沿横桥向风速剖面具有较好的指数规律,风剖面指数为0.15,与相关规范中山区C类地表的指数有明显的差别;桥面高度处地势平坦,可不考虑峡谷效应;确定该桥设计基准风速为25.3m/s。     

基于WRF的山区峡谷桥址风场数值模拟

为解决山区峡谷风场数值模拟过程中入口边界难以合理给定的问题,在中尺度气象模式(WRF)基础上利用多尺度耦合方法对山区峡谷桥址风场进行了精细化数值模拟。模拟过程中,首先基于WRF利用多尺度耦合的方法得到山区峡谷入口处的中尺度速度场信息,然后以入口边界位置风场波动情况为原则,对模拟的中尺度风场信息在耦合面进行分块,分块后分别运用多项式方法将其风速进行拟合,并通过UDF程序将拟合的速度赋给大涡模拟的入口边界。最后以张家界澧水大桥所在峡谷为研究背景,在桥址位置安装风速实时监测系统,将现场实测结果与所提方法的数值模拟结果进行了对比。研究结果表明:WRF的运行结果通过降尺后能较好地运用在山区峡谷风场CFD数值模拟的入口边界上,这种处理较好地解决了山区峡谷风场数值模拟过程中入口平均风的给定问题;分块多项式拟合插值方法解决了以往数值模拟过程中出现的"人为峭壁"问题;利用该方法可以较为准确地得到桥址处平均风速、风向角和风攻角等参数的分布情况。     

山区高墩桥梁桥址风环境数值模拟

采用结合桥址处地形进行风环境数值模拟的方法获得大桥桥址处未设风速测点的桥梁结构抗风所需的基本风速。建立三维数字地形模型并导入流场求解软件,划分网格,进行流场的数值模拟。以Navier-Stokes方程为基本控制方程,采用离散化的数值模拟方法求解流场,使用标准k-ε双方程湍流模型。通过风速修正系数考察桥位风速与气象站的风速关系。最后根据修正系数进行了风场指数α的拟合,确定桥位场地类别接近C类场地。     

高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟

山区峡谷地区由于受特殊地形地貌条件影响使得其风场十分复杂，这些地区建立的大跨度桥梁面临着更为突出的风致振动问题，而当前规范对峡谷桥梁的抗风设计还没有明确规定。为更加深入认识峡谷风场的分布特性，基于WRF与CFD耦合模式对峡谷桥址风场进行精细化分析，在中尺度气象模式基础上结合多项式插值方法获取入口边界的平均风速，同时对峡谷桥址上游风速进行实时监测，利用实测站脉动特性互等的原则获取数值模拟入口位置的脉动特性。将平均风速和脉动风速综合考虑后利用UDF程序赋给大涡模拟的入口边界并对峡谷桥址位置风场进行详细分析，最后将模拟结果与实测结果的湍流特性进行对比。研究结果表明：考虑脉动风速后的入口边界条件相比于无脉动入口风速其湍流特性与实测值吻合更好；中国现有规范中的标准谱不适用于复杂峡谷桥址地区，如用现有规范设计山区峡谷桥梁，其结果偏不安全；来流风向与峡谷走向是引起加速效应的主要原因，峡谷上游的复杂局部地形是引起峡谷桥址风场多样性的根本原因。研究成果可供山区峡谷大跨度桥梁抗风设计提供参考。     

山区峡谷大跨度桥梁桥址风场试验

坝陵河特大桥位于地形特殊的山区,桥址风环境非常复杂,是我国西部山区桥址的典型代表,为了正反映桥址处风的实际状况,探索通过地形模拟风洞试验来确定桥梁设计基准风速和相关的风特性参数的方法和可靠性,为将来类似桥梁提供参考.试验研究结果表明:坝陵河特大桥在横桥向来流作用下,跨中桥面高度处风速受到“峡管效应”的增速作用;峡谷内平...     

山区桥梁桥址风环境数值风洞研究

为确保山区桥梁的抗风稳定性和安全性,根据计算流体动力学(CFD)基本原理,采用基于RNG、k-ε方程湍流模型的数值研究方法,利用计算流体力学软件FLUENT6.0对坝陵河特大桥桥址风环境进行了数值模拟,研究了桥位风场的特征状况.通过引入风速放大系数这一表征考察点与边界入口风速关系的无量纲参数得到16个不同来流风向下考察...     

山区特大跨径桥梁桥址处风特性实测研究

为研究山区桥址处的风场特性,基于西南山区某特大桥结构健康监测系统,对桥址处实测风场特性进行分析,并与规范推荐值比较。结果表明：1)大部分风速时程处于平稳状态,横向脉动风速的非平稳性高于纵向脉动风速;2)实测风速时程平均风速有跳变波动,平均风向保持平稳;3)各向湍流强度、阵风因子在低风速区段随平均风速的增大而减小,在高风速区段随平均风速的增大而趋稳;4)实测纵向阵风因子超过规范推荐值,纵向阵风因子与湍流强度具有较强的相关性,实测拟合曲线较Ishizaki推荐值偏小;5)实测功率谱值在低频区逐渐增大,在高频区逐渐减小,Von Karman经验谱能描述实测数据的脉动特性。该研究结果可为同类桥梁结构抗风设计提供依据。     

西堠门大桥强风特性、位移和桥面压力实测研究

利用现场实测方法对西堠门大桥桥址区脉动风场特性、主梁位移以及主梁断面压力等进行研究,经对实测数据的统计分析,得到平均风速、平均攻角、紊流强度、阵风因子、紊流功率谱密度等强风特性,得到了主梁实时位移和桥梁的动力特性,并通过测压方法得到主梁断面的脉动压力值及压力谱值等.     

山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响，以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景，首先，采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析，计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布；然后，采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上，综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响，分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明：与均匀风场条件下的静风响应不同，非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间，在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时，应更注重静风响应最大值点而不是跨中处；非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速，且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制；非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响；主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制，而横向位移的变化规律相对较独立，其形状基本上以跨中线对称，且其值主要由风速因素来决定。     

高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟

为探明高铁连续梁桥龙卷风荷载特征,采用计算流体动力学手段,开展了高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟研究。首先,以Ward型龙卷风发生装置为物理原型,按照原理相仿和等效替代的原则建立了相应的数值模型。然后,基于上述模型开展龙卷风场数值模拟,并与文献提供的风洞试验结果进行对比,验证了数值龙卷风场的准确性。在此基础上,以某大跨度高铁连续梁桥为工程背景,将该桥三维模型建于上述数值龙卷风场中心,研究龙卷风作用下高铁连续梁桥结构表面风压的分布规律。研究结果表明：数值模型可较好地模拟龙卷风场的基本特征;龙卷风袭击高铁连续梁桥时,风场受主梁和桥墩的干扰较大,涡核结构发生明显变化,其中,主梁底部风场的涡核半径增大,形成较大范围的高风速区;桥梁结构表面存在较大压差,正负风压极值之差约为负风压极值的2.5倍;负风压出现在主梁跨中的较小范围内,且主梁顶面的负压绝对值高于主梁侧面和底面;正风压极值出现在主梁端部迎风侧,且桥墩迎风侧也承受较高的正风压作用。上述极端不均衡的风荷载在桥梁设计时应予以重视。     

桥墩附近桥面局部风环境数值研究

桥墩的存在改变了主梁的空气绕流特征,容易使桥面形成局部风场,可能导致桥上运行车辆气动力的突然变化而直接威胁行车安全。然而,目前对于桥墩影响下桥面的局部风环境少有研究。为探明桥墩影响下桥面的局部风场特性,本研究以数值模拟方为基础开展了研究。以某跨海大桥桥墩—主梁侧风绕流为对象,采用CFD数值分析方法建立模型,探究桥墩附近桥面不同行车道上局部风环境特征,通过有无风屏障的模拟分析风屏障对桥面风环境突变效应的影响,考察了桥墩影响下桥面局部风场沿桥轴向的变化。通过与风洞试验结果进行对比,验证了所采用数值模型及计算方法的准确性。通过不同风速条件确定了雷诺数对有无风屏障下桥面风场的影响,以桥墩-主梁绕流的流线明确了局部风场特征,采用风速变化率量化桥墩影响下桥面风环境的突变效应。分析表明:对于所采用的桥墩-主梁对象与风屏障,桥面风环境对雷诺数不敏感;桥墩的出现导致了桥面出现大的漩涡与分离流动从而形成了桥面局部风场,使得车辆高度范围内迎风侧车道风速总体大于背风侧车道;桥墩沿桥轴向对桥面局部风场的影响随车道与高度的不同而存在差异,背风侧车道受影响高度大于迎风侧车道;风屏障弱化了风速在桥墩附近的突变效应,有利于桥面行车安全。     

怒江特大桥抗风性能研究

勐糯怒江特大桥为主跨800 m大跨悬索桥，具有结构柔、对风荷载敏感等特点，且大桥跨越怒江深切峡谷，导致桥址处风环境复杂、设计风速较高，非常有必要进行抗风性能研究。因此，对桥位环境风速进行实测，结合数值模拟分析和地形模型试验成果，研究桥址峡谷风效应，确定风特性参数，作为大桥风致振动研究的基础；结合数值模拟分析、节段模型试验和全桥气弹模型试验多种方法相互验证，确保大桥在设计风速下不发生颤振、驰振及明显的涡振现象，大桥抗风性能满足规范要求。     

山区桥梁风场特性分析系统的开发及应用

山区桥梁建设日益增多,而现有的抗风规范对受地形等复杂因素影响的山区风特性并未给出具体的参数取值.该文结合山西省禹门口黄河斜拉桥这一实际工程,编制了基于C++Builder平台的桥梁风场特性分析系统,对桥址处实测风速数据进行了分析计算,得到了桥址处平均风速和风向、风剖面指数、湍流度等风场特性.     

矮寨大桥风速风向联合分布研究

为了分析矮寨大桥的风致疲劳寿命,研究风速风向在大桥桥址处的联合分布规律。基于吉首气象站的气象资料,对数据样本进行抽样、处理,从而得到风速风向在气象站处的联合分布。假设气象站处梯度风速、风向与桥址处相同,根据矮寨大桥监测的长期风场数据得到桥址处的风剖面指数,最后换算得到矮寨大桥桥址处风速风向的联合分布函数。     

山区峡谷桥址地形模型过渡段优化

针对山区峡谷桥址地形模型入口边界确定问题，以贵州省湘江特大桥桥址处地形为依托，选择维多辛斯基曲线作为地形模型过渡段的基本曲线形式，采用计算流体动力学方法对不同曲线参数进行计算，并结合关联度权重确定法确定最优过渡段曲线参数。在此基础上设计并制作了几何缩尺比为1：1 500的桥位地形模型，分别进行了有、无过渡段地形模型的风洞试验，对比了地形模型有、无过渡段对桥位桥面高度处横桥向风速、风攻角以及桥梁总长1/4跨、1/2跨、3/4跨风剖面的影响。过渡段曲线的二维数值模拟结果表明：采用最优过渡段可有效降低模型边界后方气流等效风攻角，并最大程度地保持入流风速，减小过渡段后湍流度；设置过渡段后风速场分布特性与入流参考风速场分布特性的一致性较好。地形模型风洞试验结果表明：曲线过渡段使风剖面逐渐抬升，气流过渡平缓，不存在明显的加速效应，剪切层发展较慢；设置过渡段后不同风剖面位置处平均风速较无过渡段时大，湍流强度较无过渡段时低；设置过渡段对桥梁主梁高度处风攻角存在一定的影响，但有、无过渡段时的风攻角变化趋势大致相同；采用优化后的过渡段使风剖面逐渐抬升，减小了"人为峭壁"对地形模型试验结果的影响，主梁高度处横桥向风速总体大于无过渡段时主梁高度处横桥向风速。     

考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

为研究风向对基本风速的折减,以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响,以一座山区大跨度桥梁为研究背景,采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料,在风速观测数据不足的情况下,采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系,并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数,计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速,探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应;并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算,分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用,当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时,会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程,该方法更具合理性和工程实用性,可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。     

山西禹门口黄河大桥实测风特性分析

自然风特性研究是桥梁抗风设计的基础,但是目前国内对大气湍流特性的现场观测研究工作开展得还极少,针对这一情况,结合山西省禹门口黄河公路大桥,在桥址处建立了一座60 m和两座30 m的风观测站.利用自行编制的程序对实测风速数据进行了分析,得到了平均风速和风向、风剖面、湍流强度和阵风因子等强风特性.分析结果表明:桥位处的风场比较复杂,风剖面属于山区风速剖面,不完全遵守幂指数分布;桥位处出现28.3 m/s大风机率很大,应进行主桥最大双悬臂状态抗风安全性能的风洞试验,以确保主桥悬臂施工期间的安全;还应进行长期观测,得到更多详实资料,为掌握同类地形处的风场特性提供资料.     

U形峡谷桥址区风特性实测研究

山区桥梁桥址区风场特性相比平原地区更加复杂,具有强烈的地形效应。针对某U形峡谷中三塔斜拉桥的中塔建立了高度方向的多个测点,测得了不同高度处的风速时程,通过统计分析得到桥位的平均风参数和脉动风参数及其统计规律。分析结果表明,该峡谷桥址区的平均风速剖面受地形影响大而且形式复杂,风攻角比规范推荐值大,顺、横、竖风向的湍流度比值与规范值的差异明显,湍流积分尺度、脉动风功率谱与规范相比也有所区别。     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。