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。     

湛江海湾大桥侧风非线性分析

以湛江海湾大桥为工程背景,在综合考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素影响的基础上,计及风速沿桥梁结构高度的变化,编制了相应的静风非线性有限元计算程序,对其进行静风非线性稳定分析。并探讨了静风荷载非线性程度、风速空间分布非均匀性等因素对大跨度斜拉桥静风失稳临界速度的影响。     

单索面斜拉桥侧风非线性分析

综合考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响，计及风速沿桥梁结构高度的变化，建立了单索面斜拉桥静风非线性的分析模型。结合淇澳大桥进行分析计算，探讨了风速沿塔柱高度分布不均匀性、静风荷载非线性等因素对单索面斜拉桥空气静力行为的影响。     

驸马长江大桥非线性静风响应研究

驸马长江大桥为主跨1 050m的单跨简支梁悬索桥,主梁采用流线型钢箱梁。为研究该桥非线性静风响应,考虑静风荷载非线性和结构几何非线性,采用增量法与内外双重迭代相结合的方法,分析加劲梁初始攻角、附加攻角、缆索风荷载等因素对静风位移、静风失稳风速及结构动力特性的影响,并将计算结果与1∶80全桥气弹模型风洞试验结果进行比较。结果表明:静风位移计算值低于风洞试验实测值,这是静三分力系数的雷诺数效应造成的;缆索风荷载约占结构总体风荷载的15%,不考虑会低估风荷载;不考虑加劲梁附加攻角会高估静风失稳风速;初始攻角、附加攻角、缆索风荷载对加劲梁静风位移响应影响较大;结构动力特性会随风速改变而改变。     

考虑雷诺数效应的桥梁静风稳定分析

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析,并编制了相应的计算程序。分别计算了苏通大桥在低、高雷诺数下的空气静力稳定性。对比计算结果发现,雷诺数效应对桥梁静风失稳临界风速有较大影响,高雷诺数下的静风失稳临界风速比低雷诺数的静风失稳临界风速低,并结合高、低雷诺数下三分力系数曲线形状差异,分析了在雷诺数效应下桥梁跨中断面侧向位移、竖向位移、转角响应随风速的变化。     

大跨度斜拉桥的静风失稳特性

大跨度桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速.结合斜拉桥的结构特点,探讨了已有的非线性失稳分析方法,提出了一种静风失稳的复合标准判断方法,基于MSC.MARC和Python脚本语言,综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性影响,探讨了大跨度斜拉桥空气静力失稳特性.结果表明:升力系数和力矩系数在大跨桥梁静力失...     

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.     

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。     

京沪高速铁路南京长江大桥桥址区风特性研究

基于已有的风速观测记录，对京沪高速铁路南京长江大桥桥址区的风向分布进行了统计分析。针对风速观测记录的特点，证明了利用不同高度处月最大风速记录推算地表粗糙度系数的可行性，并对通过最小二乘拟合得到的地表粗糙度系数进行了统计分析。最后分别根据原始风速观测记录和基本风压分布图推算了该桥的设计基准风速，上述研究将为该桥进一步的抗风分析提供依据。     

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。     

张靖皋长江大桥常态风速概率模型研究

对于超大跨度悬索桥，其结构的刚度和阻尼很低，对风作用非常敏感，因此，风荷载是超大跨度悬索桥设计的控制荷载之一。现有研究大多集中于优化极值风速概率模型，为确保张靖皋长江大桥在风荷载作用下的行车安全性及舒适性，需对张靖皋长江大桥的常态风速进行深入探索。首先选取了桥址周边3个国家气象观测站(无锡站、泰州站、昆山站)的长年风速，根据三角网线性插值重建了张靖皋长江大桥桥址处的长年常态风速序列。其次对2014年苏通大桥与邻近气象站的同步观测数据进行相关性分析并建立线性换算关系，从而构建苏通大桥长年常态风速序列。最后根据张靖皋长江大桥桥址处的常态风速与苏通大桥桥位处的常态风速序列，建立两桥位之间的风速模型换算关系，得到张靖皋长江大桥的常态风速概率模型。     

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。     

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。     

考虑风速空间非均匀分布的大跨度桥梁非线性空气静力分析

为了考察风速空间分布的不均匀性对大跨度桥梁空气静力行为的影响。采用风速的空间分布计算模型，考虑结构变形对静风菏载的非线性影响因素，提出了考虑风速空间非均匀分布的大跨度桥梁非线性空气静力分析方法，并编制了计算程序，结合江阴长江大桥进行了分析和研究，揭示了风速空间分布的束均匀性对大距度桥梁空气静力行为影响的程度和规律。     

大跨度斜拉桥静风稳定性及影响参数分析

随着跨径不断增大,斜拉桥存在静风失稳的可能性增加。笔者综合考虑了静风荷载和结构自身非线性因素的影响,引用大跨度桥梁非线性静风稳定性分析理论,采用增量双重迭代搜索法对某大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定性分析,根据其非线性全过程分析结果探明其静风失稳机理,并探讨了不同参数对其静风稳定性的影响。     

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.     

某宽幅箱梁悬索桥气动特性节段模型风洞试验

大跨度桥梁由于其结构轻柔,容易出现静力失稳现象及各种形式的风致振动。通过对节段模型风洞静力三分力试验验证了某宽幅闭口箱梁悬索桥没有出现驰振的可能,并对全桥进行了几何非线性静风稳定分析,得到该桥的静风失稳临界风速。通过风洞弹性悬挂节段模型试验,得到了该桥的颤振临界风速。分析了阻尼比对于颤振临界风速的影响,试验结果表明阻尼比对于颤振临界风速影响不大。在风洞中观察到该桥成桥态在+3°、+5°攻角会出现扭转涡激振动,提高阻尼比可以有效降低涡振振幅。     

基于风速风向联合分布的桥面侧风所致车辆事故概率性分析

采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,用极大似然法和概率曲线相关系数法相结合的逐步迭代估计法估计杭州湾跨海大桥桥位处桥面高度各风向的有效最优概率分布类型及参数;利用已建立的风-汽车-桥梁系统安全性分析框架计算得到各个方向下车辆发生事故的临界风速;为了确定桥面局部风环境的状况,在同济大学TJ-3风洞中进行了杭州湾跨海大桥桥面风环境风洞试验研究,并引入等效桥面风速和影响系数以考虑桥梁结构绕流和附属构造物对行车高度处风速的影响;最后,对杭州湾跨海大桥的行车安全进行了基于风速风向的概率性分析,并研究了增设风障对行车安全的影响。结果表明:增设风障是一种非常有效的提高安全行车概率的方法;杭州湾跨海大桥全桥采用70%透风率的风障完全可以满足车辆安全行驶的要求。     

静风荷载作用下大跨度钢管混凝土拱桥位移的数值模拟

基于贵州某大跨度钢管混凝土拱桥,通过对静风荷载下大跨度的钢管混凝土拱桥其所产生的最大位移进行模拟计算,并使用有限元计算方式建立大跨度钢管混凝土拱桥梁体、墩台、基础相互作用的一体化模型,对静风荷载作用下的桥位移进行了数值模拟。结果表明,梁体、墩台在静风荷载的作用下会有较大的横向位移产生,在梁体中间位置出现最大值;在梁体、墩台等位置受到最大静风荷载时,横向位移生成的轨向不平顺值要比高速铁路产生的不平顺管理值小得多。在静风荷载下,桥体的桥型对其高墩所产生的横向位移数值影响效果并不明显,当该桥体呈现连续桥梁和连续刚构桥时,边墩墩顶的横向位移相差为0.51 mm;中墩墩顶横向位移分别为7.0、6.7 mm。高墩大跨桥梁纵向位移会受到不同桥型的影响。在不同初始荷载集度达到极限状态时,内力和位移曲线形状非常相似,这说明根据设计的初始荷载集度,计算得到的位移变化曲线可对结构极限承载力进行精确分析。     

空间曲塔大跨斜拉桥抗风性能研究

跨江大桥跨径较大,桥位风速较高,抗风问题至关重要。随着桥梁造型逐渐复杂,规范中一般公式无法适用其抗风计算,因此针对某主跨为238 m的跨江空间曲塔斜拉桥的抗风性能进行了研究。研究内容包括：利用虚拟风洞试验技术获取了主梁的静气动力系数、气动导数以及桥塔分段的模拟风荷载;利用三维颤振稳定性分析方法检验了主梁颤振性能;对主梁的涡激共振进行了数值模拟,得到了不同风攻角下的振幅-风速曲线;分析了结构静风荷载下的位移响应。结果表明,该桥主体结构的抗风性能均满足规范要求。