山區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬與高墩剛構(gòu)橋風(fēng)致抖振時(shí)域分析.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)后，西部山區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越多。跨越深溝峽谷的線路常常采用高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋。由于山區(qū)地形地貌的風(fēng)環(huán)境往往比較復(fù)雜，不同橋址區(qū)的風(fēng)特性往往差異較大且表現(xiàn)出顯著的三維特征，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。另外，在山區(qū)中跨越高山峽谷的橋梁，其橋面通常距水面或谷底較高，結(jié)構(gòu)的剛度都相對(duì)較柔，對(duì)風(fēng)的作用比較敏感。大氣中的紊流風(fēng)會(huì)誘發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)。在橋梁施工階段，過大的抖振響應(yīng)往往會(huì)危及施工人員和機(jī)械的安全。在成橋運(yùn)營(yíng)階段，過大的抖

2、振響應(yīng)影響行車的舒適度和安全度。
　　本文以某山區(qū)高墩剛構(gòu)橋?yàn)閷?shí)際研究背景，對(duì)其橋址所在區(qū)域的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了數(shù)值模擬。隨后依據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，對(duì)其最大雙懸臂階段和成橋階段進(jìn)行了抖振時(shí)域分析。
　　首先，運(yùn)用FLUENT模擬該橋址區(qū)域的風(fēng)環(huán)境。提出在截?cái)嗟牡匦芜吔缰車藶閿U(kuò)展生成一片虛擬地形的辦法，構(gòu)造恰當(dāng)?shù)倪^渡曲線將原本高低不平的實(shí)際地形邊界平緩過渡至新生成的具有同一高程的虛擬邊界上，解決了目前地形風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬中邊界條件難以施

3、加的問題;基于SST k-ω湍流模型和平衡大氣邊界層假設(shè)，推導(dǎo)了適用于一般風(fēng)工程計(jì)算的入口來流邊界條件表達(dá)式，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)剖面的自保持，效果理想。
　　其次，結(jié)合脈動(dòng)風(fēng)的特性，對(duì)三維空間脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化;采用MATLAB編制模擬程序，基于諧波合成法(WAWS)，考慮空間相關(guān)性，運(yùn)用FFT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大跨度橋梁三維空間脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的模擬。
　　再次，結(jié)合風(fēng)洞節(jié)段模型靜力三分力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和數(shù)值風(fēng)洞的模擬數(shù)據(jù)，對(duì)靜風(fēng)荷載和抖振力荷載