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.      

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.      

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.     

水库蓄水对山区桥址风特性的影响

为研究山区水电大坝蓄水后对库区桥位风场特性的影响,以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,通过Gambit和ICEM分别构建了原始地形以及大坝蓄水后的地形数值模型,并应用软件FLUENT对两个模型进行了数值模拟,多工况对比分析了大坝蓄水对桥址区风速沿竖向和主梁跨向分布以及对主梁平均风速、风攻角和风向角的影响.研究结果表明:无蓄水时该桥址区风速有较明显的加速效应,风速放大系数高达1.14,但蓄水后明显降低;大坝蓄水后,大多数工况下主梁平均风速均有不同程度的降低,主梁的正攻角效应明显减弱,主梁平均风向角整体变化规律一致,风剖面形状在低海拔范围内有较大变化,而随着海拔增加二者逐渐趋于相同.      

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.      

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.      

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.      

山区风作用下大跨悬索桥响应分析

为了研究山区非平稳强风下大跨悬索桥静风及抖振响应,以云南普立大桥为工程背景,基于该桥址处实测风速样本,对大跨桥梁展开风致响应分析.首先,根据实测风速样本确定了时变平均风并且估计了脉动风谱.然后,在考虑了恒载结构初始内力状态下进行了非线性静风响应分析.最后,采用虚拟激励法分别针对实测风谱与规范风谱对该桥进行了抖振响应研究.计算结果表明,该大桥的抖振以竖向振动为主,并且其位移响应比静风突出; 10 min常值平均风会低估该桥的静风响应;由规范风谱得到的主梁抖振响应偏于不安全.研究结论可为同类山区大跨桥梁风致静力及抖振响应研究提供参考.      

宽幅分体箱梁涡振性能及其抑振措施

为研究宽幅分体箱梁桥梁涡激振动特性及其相应振动抑制方法,以某主梁总宽度为64.1 m的分体箱梁大跨悬索桥为工程背景,在均匀流场下对1∶70缩尺比节段模型进行了风洞试验. 首先研究了主梁成桥态在0°、± 3°和± 5°五种不同来流攻角下的涡激振动特性;其次,考察了单一气动措施（包括设置水平气动翼板、封闭中央开槽、隔涡网以及检修车轨道导流板）,以及各种组合措施对主梁涡激振动的影响,检验了这些措施对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:宽幅分体式双箱梁在5个风攻角下均发生了竖向自由度涡激共振,其中最不利攻角为–3°,竖向振幅最大值为0.69 m,超过《公路桥梁抗风设计规范》限值的70%;设置隔涡网和采用组合气动措施后,较原始主梁,涡振振幅下降50.7%～98.6%;尽管抑振措施使主梁颤振临界风速降低6%～15%,但仍满足抗风设计要求.      

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.     

A Computational Model for Pedestrian Level Wind Environment Around Tall Buildings

A computational model has been developed for the simulation of pedestrian level wind environment around tall buildings by coupling the numerical simulation of the full-scale site and meteorological station materials. In the first step, the hybrid/mixed finite element method is employed to solve the two dimensional Navier-Stokes equation for the flow field around tall buildings, in view of the influence of fluctuating wind, the flow field is revised with the effective wind velocity. The velocity ratio is defined in order to relate numerical wind velocity to oncoming reference wind velocity. In the second step, the frequency occurred discomfort wind velocity as a suitable criterion is calculated by use of the coupling between the numerical wind velocity and the wind velocity at the nearest meteorological station. The prediction accuracy of the wind environment simulation by use of the computation model will be discussed. Using the available wind data at the nearest meteorological station as well as the established criteria of wind discomfort, the frequency of wind discomfort can be predicted. A numerical example is given to illustrate the application of the proposed method.     

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.     

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.      

塔吊对高柔桥塔风致振动响应的影响

在均匀流场和B类紊流场中测试不同风偏角下有无塔吊情况的塔顶和0.65倍塔高处桥塔的风致振动响应,对设计基准风速下的风振响应进行对比分析,研究塔吊以及流场类型对桥塔风致振动的影响。通过分析可知,塔吊和流场类型对桥塔风致振动的均值几乎没有影响,但会影响风致振动的方差。。