山區(qū)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋風(fēng)環(huán)境及風(fēng)荷載研究.pdf

1、隨著高速公路建設(shè)進(jìn)入山區(qū)，高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋越來(lái)越多，風(fēng)荷載和風(fēng)載內(nèi)力逐漸成為控制此類(lèi)橋梁設(shè)計(jì)的主要因素。一方面，現(xiàn)有的橋梁風(fēng)環(huán)境研究成果多是針對(duì)平原地區(qū)進(jìn)行的，而山區(qū)地形復(fù)雜多變，局部風(fēng)環(huán)境影響因素多，風(fēng)特性與平原區(qū)相比有很大差異，深入研究山區(qū)橋位風(fēng)環(huán)境是山區(qū)橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的前提；另一方面，現(xiàn)有的橋梁抗風(fēng)研究成果多是針對(duì)懸索橋或斜拉橋進(jìn)行的，針對(duì)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的抗風(fēng)研究并不充分。本文以跨徑98+5×185+98m、最大墩高180m的

2、三水河大橋這一實(shí)際工程為背景，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上開(kāi)展山區(qū)橋位風(fēng)環(huán)境及高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋風(fēng)效應(yīng)研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　 采用不同于現(xiàn)有研究成果的抽樣時(shí)間間隔、極值風(fēng)速分布概型及風(fēng)速樣本整理方法，推導(dǎo)了考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合概率分布確定基本風(fēng)速的計(jì)算公式，并對(duì)三水河大橋橋位附近氣象站連續(xù)34年的風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和對(duì)比。結(jié)果表明：不區(qū)分風(fēng)向的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)基本風(fēng)速有所高估，現(xiàn)行規(guī)范建議的基本風(fēng)速高估較多，基本風(fēng)

3、速推算宜考慮風(fēng)速風(fēng)向的聯(lián)合概率分布，且抽樣時(shí)間間隔越短越經(jīng)濟(jì)合理。
　　 建立了包括三水河大橋橋位和鄰近氣象站在內(nèi)的大尺度數(shù)字地形模型，采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了橋位風(fēng)環(huán)境，與物理風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；提出了基于數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)由氣象站基本風(fēng)速推求橋梁設(shè)計(jì)風(fēng)速的方法，推算了三水河大橋的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速并進(jìn)行了分析對(duì)比。結(jié)果表明：數(shù)值風(fēng)洞風(fēng)剖面結(jié)果和物理風(fēng)洞結(jié)果有一定偏差，但二者整體趨勢(shì)的一致性較好；橋位復(fù)雜的地形環(huán)境對(duì)風(fēng)場(chǎng)的干擾影響很大，

4、部分風(fēng)向部分橋墩風(fēng)剖面不滿足冪指數(shù)變化規(guī)律；來(lái)流風(fēng)與河谷走向接近一致時(shí)，位于河道中的橋墩風(fēng)剖面接近規(guī)范中的B類(lèi)地表值；同一位置不同風(fēng)向角下橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速有可能存在較大差異，相同風(fēng)向角下設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速沿橋梁長(zhǎng)度方向分布可能也不均衡。
　　 采用數(shù)值模擬方法研究了不同風(fēng)攻(偏)角和有無(wú)護(hù)欄情況下橋梁不同斷面的三分力系數(shù)，與物理風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)了橋梁斷面氣動(dòng)力系數(shù)隨不同影響因素的變化規(guī)律；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索了雙幅橋的氣動(dòng)

5、干擾機(jī)理，分析了不同干擾因素對(duì)上下游橋三分力系數(shù)的影響。研究表明：數(shù)值模擬對(duì)上游橋阻力系數(shù)精度較高，對(duì)下游橋阻力系數(shù)及上下游橋的升力系數(shù)和扭矩系數(shù)誤差稍大，但總體上與物理風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；對(duì)阻力系數(shù)而言，來(lái)流風(fēng)對(duì)上游橋的作用為較大的推力，而對(duì)下游橋的作用為相對(duì)較小的吸力，阻力系數(shù)隨風(fēng)攻角變化較小，隨梁高增大而增大，受護(hù)欄影響顯著；上下游橋升力系數(shù)和扭矩系數(shù)也受風(fēng)攻(偏)角、梁高和有無(wú)護(hù)欄等因素的影響而變化。氣動(dòng)干擾效應(yīng)對(duì)雙幅下游橋的

6、影響很大，總體上干擾效應(yīng)隨風(fēng)攻角的變化規(guī)律不明顯，隨雙幅橋間距減小而增大，隨結(jié)構(gòu)尺寸增大而增大；氣動(dòng)干擾效應(yīng)對(duì)雙幅上游橋也有一定影響，但影響相對(duì)較小。
　　 定量分析比較了國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范對(duì)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橫橋向風(fēng)荷載計(jì)算的差異，并以算例與抖振分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；基于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)及橫橋向一階振型，考慮平均風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)荷載背影響應(yīng)及共振響應(yīng)，給出了方便工程應(yīng)用的計(jì)算高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩底橫橋向彎矩和剪力等效風(fēng)荷載