复杂山区地形桥址区风特性的数值模拟

为了研究复杂山区地形桥址区风场空间特性变化规律,以位于我国西南山区的绿汁江大桥为工程背景,利用FLUENT对山区地形风场特性进行数值模拟,通过36个风向工况的计算分析,得到复杂山区地形桥址区风场的空间分布特性. 结果表明:受复杂地形影响,各桥位平均风速风剖面曲线和沿主梁横桥向风速曲线差异较大,桥址区附近地形最高点以上400 m风场仍明显受地形影响;受河道大角度弯曲影响,桥址区形成类似“单向开口槽”的地形,顺河流风向的来流风受山体阻挡,各桥位处的风速低于逆河流风向,两个风向的风速差值的平均值达13.6 m/s,且各桥位风攻角以负攻角为主;峡谷突宽使谷内风场出现一定的分流,突宽区风速稍有减弱,风场的分流量有限,使得在渡过突宽段后的峡谷缩窄区,风速依旧较大.      

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究

为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.      

深切峡谷桥址区高空风特性现场实测研究

架设在深切峡谷中的大跨度桥梁,由于桥址区地形地貌复杂,桥面离开谷底较高,桥址区的风特性一般无法通过抗风规范直接确定. 为确定深切峡谷桥址区高空的风特性,利用大桥施工过程中的猫道,在大桥跨中位置处布置了一套三维超声风速仪,对桥址区高空中的风特性进行了现场实测,获得了7 899条有效的脉动风速时程,以此为基础对桥址区高空的风特性（平均风速、风向、风攻角、紊流度、紊流积分尺度、功率谱）进行了分析. 研究结果表明:深切峡谷桥址区高空风特性受地形的影响已经明显减弱,其风攻角均值趋于0,同时高空的紊流积分尺度更加接近平原地区,紊流积分尺度均值比规范推荐值要大.      

山区地形对桥位风场影响的数值模拟

为研究山区地形对处于峡谷中桥梁风场特性的影响,以建设在某峡谷中的一座大跨度桥梁为研究背景,利用计算流体力学软件FLUENT,设计了数值模拟方法,对桥址处风场进行计算分析.在利用实验数据验证模拟方法可靠性的基础上,通过不同来流方向的计算结果,分析了山区地形对主梁上顺桥向和横桥向的风速、风攻角及桥位处的平均风剖面分布的影响,以及峡谷效应产生的风速放大系数.研究结果表明:桥位来流方向的高耸山体会影响该侧主梁上水平风速的分布,并在该侧产生向下的风攻角;峡谷内的风剖面下部会发生畸变;特定的来流方向会在跨中产生风速放大效应.      

深切峡谷区大跨度桥梁的复合风速标准

为考虑复杂地形地貌区大跨度桥梁不同构件处风特性的差异,在对地区相关气象站历史实测风速资料进行统计分析的基础上,推算了地区基本风速.通过对地区气象站和桥位风速观测点同步实测风速资料相关性的分析,建立了桥址区风速与地区气象台站风速间的订正关系.基于桥址区地貌特征并结合CFD分析结果,确定了主梁及各桥塔的设计风速,提出了复合风速标准的概念.研究结果表明,与常规桥梁单一的风速标准不同,深切峡谷区大跨度桥梁宜采用考虑主梁及各桥塔风特性差异的复合风速标准.     

高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风成因

为探讨高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风的成因,采用CAW600-RT型四要素自动气象站、手持风速仪及便携式温度计,对大渡河大桥桥址区风特性进行实测,分析了桥位处平均风速与温度、日照及地形地貌等的相关性.结果表明:大渡河大桥位于高海拔高温差深切峡谷内,桥址区几乎每天下午起风,平均风速常达10 m/s以上;根据成因,桥位处的大风可分为2类,一类受大尺度大气环流影响,另一类受小尺度范围内热力驱动而产生日常大风,并受局部地形及随时间变化的日照的影响;桥位处日常大风出现的频率较高,虽不控制桥梁的设计基准风速,但影响桥梁的耐久性和行车舒适性.      

考虑流凌效应的大跨径梁桥最大悬臂施工状态作用响应分析

内蒙古包树黄河特大桥工程在黄河凌汛期恰好处于最大悬臂施工阶段,为保证其安全度汛,对此种不利工况进行作用响应分析及安全性验算.采用计算土弹簧刚度来模拟桩-土摩阻效应,并采用Maxwell模型以模拟墩顶新型粘滞阻尼器的墩梁位移效应,建立了该桥最大悬臂施工阶段数值仿真模型.在流凌期间实测流冰荷载、洪水荷载及风载等作用组合下,计算分析了该桥最大悬臂阶段桥墩和主梁的线形变化和受力特性.结果表明,流冰荷载单独作用对该桥最大悬臂阶段桥墩和主梁线形和内力影响有限,同时在各荷载工况下桥墩及主梁线形和内力均满足桥梁监控要求.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

考虑主缆振动的悬索桥三维颤振分析

传统悬索桥颤振分析中通常忽略作用在主缆上的自激力。在系统颤振运动方程中同时纳入作用在主梁与主缆上自激力的贡献，研究主缆振动对总索桥颤振稳定性的影响。以某悬索桥设计方案为工程背景，对该桥主梁架设阶段和成桥状态分别进行了三维颤振分析。与传统仅考虑作用在主梁上自激力的颤振分析结果相比，考虑主缆振动后计算所得系统颤振临界风速将会提高，且对主梁早期架设阶段影响较大，对后期架设阶段以及成桥状态影响较小。     

山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载

为研究山区风环境下悬挑式人行桥梁抖振响应及风荷载,以某单悬臂观景廊桥为背景,通过风洞试验对结构的静力三分力系数以及不同风参数下的抖振响应进行了测量,并将结构横桥向最大等效风荷载规范计算值与试验值进行比较. 结果表明:山体地形对结构三分力系数及抖振响应影响较大,二者最大值均未出现在常规风向角;结构抖振响应随风速的增大而增大,受小幅风攻角的影响较小;横向抖振响应受一定程度紊流度变化的影响不敏感,但竖向及扭转响应整体随紊流度的增加呈明显增大趋势,在紊流度增大约40%的情况下二者均增大15%左右;竖向抖振响应随紊流积分尺度的增大（增幅约20%）而增大,增幅在9%左右,但积分尺度对横向抖振响应几乎无影响,对扭转响应的影响随风攻角的不同有较大差异,随着积分尺度的增大,3° 攻角下扭转响应增幅约为8%,0° 攻角其受积分尺度的变化影响较小;相比横桥向最大等效风荷载试验值,利用桥梁规范计算的结果偏于保守,静阵风系数的取值有待修正.      

大跨度悬索桥静风稳定可靠性分析

基于一次二阶矩可靠度理论和非线性静风稳定性的分析方法,把静风失稳风速、基准风速及风速随机性修正系数作为随机变量,提出了大跨度桥梁静风稳定性可靠度分析方法.以某大跨度悬索桥为工程实例,对不同初始风攻角下的静风失稳进行了可靠性分析,并进一步作了静风失稳可靠度敏感性分析.结果表明：该桥基本上不会发生静风失稳,＋3°;初始攻角工况是该桥发生静风失稳的控制工况,静风失稳可靠度对静风失稳风速最敏感.     

环境风对高速铁路接触线波动速度的影响

基于空气动力学理论分别推导了作用在接触线上的空气阻尼和脉动风气动载荷, 并将空气动力项添加至接触线波动速度公式中进行修正; 通过风洞试验和CFD绕流仿真得到了横风环境下的气动阻力系数, 分析了不同空气阻尼下接触线波动速度的变化规律; 基于AR模型和接触网的结构特性, 建立了具有时间和空间相关性的接触网脉动风场, 通过仿真计算分析了脉动风速和风攻角对接触线波动速度的影响。研究结果表明: 静风载荷引起的接触线空气阻尼很小, 当平均风速达到30 m·s-1时, 接触线空气阻尼仅为0.3, 接触线波动速度为549.1 km·h-1左右, 因此, 空气阻尼不会对接触线波动速度产生较大影响; 当来流风攻角为60°, 平均风速不大于10 m·s-1时, 脉动风下接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和6 km·h-1, 此时接触线波动速度相对无风情况变化较小, 脉动风载荷对接触线波动速度的影响不明显; 当风速达到40 m·s-1时, 接触线平均波动速度较无风情况下降39.39 km·h-1, 且其标准差和最值差分别达到11.84和75.98 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至474.16 km·h-1, 因此, 脉动风下风速越大, 接触线波动速度受脉动风载荷影响越显著; 当风速保持30 m·s-1, 来流风攻角为0°~30°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和5 km·h-1, 此时脉动风载荷对接触线波动速度的影响较小; 当风攻角为90°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别达到12.38和73.19 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至472.91 km·h-1, 因此, 脉动风下来流风越偏于水平方向, 对接触线波动速度的影响越小。      

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——移动车辆模型风洞试验系统

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,针对车-桥系统气动绕流的特点,研制了一套移动车辆模型风洞试验系统,在风洞中实现了侧向风作用下车辆运动过程中桥梁和车辆各自气动力的同步测试.该系统可以较方便地改变来流风速、车辆运动速度、测试对象以及车辆与桥梁的相对位置等.根据测试信号时程的特点,提出了相应的数据处理方法,分析了车辆运动过程中桥梁和车辆动态气动力的变化特征.试验结果表明,桥梁和车辆的气动力信号较稳定,试验结果比较可靠.     

普立特大桥桥位处山区风特性实测研究

为了获取偏远山区的风场特性,以普立特大桥桥位处风场实测项目为研究背景,开发了基于无线传输的高频风速仪数据采集系统,分析了桥位处的平均风特性,并对实测脉动风的非平稳与非高斯特性进行了探讨.研究结果表明:与传统方法相比,新开发的无线传输系统具有实时传输、成本低及无需现场监测等优势;桥位处的大风期主要集中在2~4月份,且大部分发生在西南方向;在选取的强风天气中,出现山区雷暴风的比例约为15%;实测强风的平均风攻角主要在-10~0范围内波动;拟合出的风剖面指数波动范围为0~0.14,且其拟合概率密度分布的均值0.056明显小于规范规定的最小值0.12,说明规范规定的风剖面指数不足以描述山区风;山区风出现了同时具有非平稳与非高斯特性的风速样本,且其瞬时最大风速可达22.0 m/s.