西部山區(qū)谷口處橋位風(fēng)特性觀測與風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬研究.pdf

1、山嶺地區(qū)的面積占我國國土面積的大部分,隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展我國西部山區(qū)修建的大跨徑橋梁日益增多,為保證結(jié)構(gòu)在施工和運營階段的安全性,需要對結(jié)構(gòu)上作用的風(fēng)荷載進行研究。而現(xiàn)有的抗風(fēng)規(guī)范對于復(fù)雜山區(qū)、峽谷、山口地形風(fēng)場特性參數(shù)沒有明確規(guī)定,比如:受地形效應(yīng)影響風(fēng)速風(fēng)壓的變化規(guī)律；氣流攻角的取值；風(fēng)剖面的分布規(guī)律;紊流度、陣風(fēng)因子的變化規(guī)律等。復(fù)雜山區(qū)橋梁風(fēng)環(huán)境研究涉及到橋梁的幾何形狀、平面位置、來流朝向、上游地貌環(huán)境、周圍地形等影響因素,國內(nèi)

2、缺乏這方面的研究儲備,很大程度上影響著設(shè)計者準(zhǔn)確預(yù)測這類地形下結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)。因此,系統(tǒng)深入研究西部復(fù)雜地形風(fēng)場特性具有十分重要的意義。
　　 本文系統(tǒng)全面的探討了風(fēng)環(huán)境研究的理論基礎(chǔ)。基于風(fēng)觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法首次利用C++Builder平臺的flowdate結(jié)構(gòu)和vector<>序列容器開發(fā)了自動快速處理海量風(fēng)觀測數(shù)據(jù)的橋梁風(fēng)速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V1.0。
　　 首次對黃河中上游的特殊地形開展了風(fēng)觀測實踐。通過橋址處架設(shè)

3、的3座風(fēng)觀測塔對禹門口黃河大橋進行了為期一年半的風(fēng)速數(shù)據(jù)采集,利用實測風(fēng)速數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到了風(fēng)特性參數(shù),首次得到了峽谷山口處實橋橋位的風(fēng)場分布特點和規(guī)律:①受到峽谷風(fēng)效應(yīng)的影響,橋位風(fēng)速增加:②氣流攻角大約在-9°～8°范圍內(nèi),比平原地區(qū)大；③風(fēng)剖面應(yīng)通過實測風(fēng)速數(shù)據(jù)擬合,不能直接套用規(guī)范；④湍流度和陣風(fēng)因子小于一般氣象強風(fēng)條件下的值。
　　 首次應(yīng)用CFD技術(shù)對由峽谷河道變?yōu)閷挏\河道的喇叭口地形風(fēng)場進行了數(shù)值模擬。基于“數(shù)值風(fēng)洞”

4、模擬技術(shù)首次采用Realizablek-ε和SSTk-ω湍流模型按有實橋結(jié)構(gòu)和無實橋結(jié)構(gòu)兩種情況建模,模擬了七種工況下橋位及其周邊的風(fēng)場,得到了橋位處風(fēng)剖面、風(fēng)場風(fēng)速流線、壓力流線、湍流等分布規(guī)律,并將計算結(jié)果和現(xiàn)場風(fēng)觀測數(shù)據(jù)進行了對比分析,驗證了本文數(shù)值計算方法的正確性。
　　 首次結(jié)合現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬兩種方法對西部峽谷山口處橋位風(fēng)特性進行了對比研究,總結(jié)了橋位附近風(fēng)特性的變化規(guī)律及橋位風(fēng)場繞流情況,分析了實橋結(jié)構(gòu)對風(fēng)場的影