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大跨度桥梁结构平均风特性与脉动风特性影响研究

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大跨度桥梁结构平均风特性与脉动风特性影响研究

作者：焦丽娜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

风荷载是建筑结构的一种典型动力荷载,随着大跨度桥梁结构的不断出现,风荷载对大跨度桥梁结构的作用开始备受关注。本文从平均风和脉动风的一些特性方面对大跨度桥梁结构进行了静力和动力的响应分析,主要内容如下: 1)在直角坐标系下,建... 详细信息

风荷载是建筑结构的一种典型动力荷载,随着大跨度桥梁结构的不断出现,风荷载对大跨度桥梁结构的作用开始备受关注。本文从平均风和脉动风的一些特性方面对大跨度桥梁结构进行了静力和动力的响应分析,主要内容如下: 1)在直角坐标系下,建立了平均风速空间分布计算模型,在此模型的基础上,分析了风速水平分布不均匀性对桥梁主梁静力抗风的影响。结果表明,风场非对称参数和风场的大小对桥梁主梁的位移变形有很大的影响,如果不考虑风速的水平分布不均匀性,计算的位移变形就会偏大。 2)基于Fluent软件,采用分状态强迫振动的方法,对南京长江二桥断面进行了数值模拟,识别了在不同初始风攻角下的颤振导数,并计算了相应的颤振临界风速。一方面,在初始风攻角为0°的情况下,对颤振导数进行了识别,并与风洞试验进行了对比,验证了本文数值模拟的正确性;另一方面,计算了不同初始风攻角下的颤振临界风速,结果表明初始风攻角对桥梁失稳时的颤振临界风速是有影响的,桥梁在负的初始风攻角下比在正的初始风攻角下有更好的颤振稳定性。 3)用频域方法对杨浦大桥(斜拉桥)和润扬长江大桥(悬索桥)进行了抖振计算分析,探讨了脉动风的一些特性对大跨度桥梁结构抖振响应的影响。结果发现,常用风速谱的在高频域的能量分布直接影响抖振的响应,当水平向风速谱和竖向风速谱采用Von Karman谱时,抖振响应值随着湍流积分尺度的增大而减小。

关键词：大跨度桥梁平均风特性脉动风特性颤振抖振

深切峡谷地貌桥面行车高度风环境现场实测研究

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中国公路学报 2023年第6期36卷 71-81页

作者：吴风英崔巍赵林郭增伟葛耀君同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室上海200092 重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室重庆400074

为研究深切峡谷地形条件下的桥面局部风场,对桥梁跨中和过桥塔区局部区域风环境开展了现场实测。对局部风场特征进行了讨论分析,其中包括平均风速特征、紊流度、脉动风速功率谱和极值风速分布等。探讨了跨中和桥塔区位置风剖面分布,同... 详细信息

为研究深切峡谷地形条件下的桥面局部风场,对桥梁跨中和过桥塔区局部区域风环境开展了现场实测。对局部风场特征进行了讨论分析,其中包括平均风速特征、紊流度、脉动风速功率谱和极值风速分布等。探讨了跨中和桥塔区位置风剖面分布,同时给出了跨中和桥塔区的平均风速拟合关系,量化了过桥塔区顺桥向风速分布的桥塔遮挡效应和地形加速效应,总结提出了一种典型的过桥塔区顺桥向风速曲线模型。此外,桥塔区域风速紊流度显著大于跨中位置,表明桥塔和特殊地形对局部风场存在较大影响。桥塔区脉动风速实测谱高频段能量明显上升,与惯性子区谱-5/3斜率衰减效应变化特征不符。相较于规范风谱,推荐了3阶双对数多项式,可更加准确地表征脉动风湍流能量在频域上的分布特征。对瞬态阵风极值风速的分析结果表明,相较于平均风速,极值风速用于评估行车安全更为合理。

关键词：桥梁工程深切峡谷现场实测桥面局部风环境平均风特性脉动风谱极值风速

深切峡谷风特性对大跨桥梁抖振响应的影响研究

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深切峡谷风特性对大跨桥梁抖振响应的影响研究

作者：程靖童重庆交通大学

学位级别：硕士

随着国家基础设施的大力发展,我国建造了越来越多的大跨度桥梁,特别是在我国西部山区,但是山区的地形十分复杂,风场特性也与平原地区有很大差异,因此规范中的风参数并不能直接应用于深切峡谷地区的的桥梁抗风设计中,需要对其进行实测分... 详细信息

随着国家基础设施的大力发展,我国建造了越来越多的大跨度桥梁,特别是在我国西部山区,但是山区的地形十分复杂,风场特性也与平原地区有很大差异,因此规范中的风参数并不能直接应用于深切峡谷地区的的桥梁抗风设计中,需要对其进行实测分析。由于风场特性与结构的风振响应有很强的相关性,因此,在实际工程中,大跨桥梁的抗风设计往往依赖于现场实测的得到的风特性参数。精确地获取桥址处真实的风场特征参数,对大跨桥梁抗风设计的安全性和针对性具有重要意义。本文以地处深切峡谷地区的某斜拉桥为研究对象,研究该桥址处不同季节的平均风特性和脉动风特性,以及风特性和其他影响因素对该斜拉桥的抖振响应位移及功率谱的影响,为准确的评估深切峡谷地区的风场特性和抖振响应提供科学依据。本文的主要研究内容有:(1)以某斜拉桥为研究对象,在不同位置和不同高度共设置三个观测站点,收集了为期一年半的实测数据进行观测研究,并基于Matlab程序对实测数据进行处理,将这些观测数据分为春夏秋冬四个季节来对比不同季节的平均风特性和脉动风特性,平均风特性包括平均风速、平均风向角和平均风攻角等,脉动风特性包括紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度和脉动风功率谱等,通过与规范进行对比,比较深切峡谷地区与平原地区风场特性的差异,说明对深切峡谷地区进行风场观测是十分必要的;(2)采用大跨桥梁结构全模态耦合CQC频域抖振分析法对该斜拉桥主梁竖向、侧向和扭转方向的抖振响应进行分析,探究计算过程中使用不同脉动风功率谱、气动导纳和相干函数对大跨桥梁抖振位移响应计算结果的影响,并对风速、攻角、紊流强度和紊流积分尺度等风场特性的改变造成的抖振位移响应均方根和功率谱的差异进行了比较,还分析了不同季节和地表类别对抖振位移响应均方根和功率谱的影响。

关键词：大跨桥梁深切峡谷平均风特性脉动风特性抖振响应

台风外围影响下的大跨度拱桥桥址区近地风特性实测研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2017年第1期44卷 23-31页

作者：何旭辉秦红禧邹云峰史康李欢方东旭中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于南广铁路肇庆西江特大桥风速风向监测子系统,对2015年6月台风"鲸鱼"气候条件下的平均风速、平均风向以及脉动参数(紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度、脉动风速功率谱等)开展实测研究.结果表明:台风外围影响下1min平均风速波动幅度... 详细信息

基于南广铁路肇庆西江特大桥风速风向监测子系统,对2015年6月台风"鲸鱼"气候条件下的平均风速、平均风向以及脉动参数(紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度、脉动风速功率谱等)开展实测研究.结果表明:台风外围影响下1min平均风速波动幅度较大,呈现出跳跃性;实测紊流强度离散性较低,纵向紊流强度实测值0.253,紊流强度和阵风因子有随平均风速的增大而减小的趋势特征,且该趋势在低平均风速段更为明显;各方向上紊流积分尺度与规范相应推荐值差别较大,流场中主要以中小尺度涡旋为主,其离散度随平均风速的增加略有增大;规范推荐的Kaimal谱与实测水平向脉动功率谱函数并不能很好地符合,台风"鲸鱼"在低频段和高频段的谱值均偏高.实测表明台风外围风场具有一定相关性,采用Davenport假设会带来一定误差.

关键词：台风“鲸鱼” 大跨度拱桥场地实测平均风特性脉动风参数

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普立特大桥桥位处山区风特性实测研究

西南交通大学学报 2016年第2期51卷 349-356页

作者：黄国庆彭留留廖海黎李明水西南交通大学土木工程学院风工程试验研究中心

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... 详细信息

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.

关键词：山区风现场实测无线传输系统平均风特性脉动风非平稳与非高斯

不同来流风速下理想山丘风场特性大涡模拟研究

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不同来流风速下理想山丘风场特性大涡模拟研究

第32届全国结构工程学术会议

作者：李维康靖洪淼张记涛于春放刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省风工程和风能利用工程技术创新中心

为研究不同来流风速对山丘地形风场特性的影响,采用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的LES方法(Large Eddy Simulation),开展了来流风速为1m/s、1.5m/s、2m/s、3m/s和5m/s的理想山丘风场数值模拟,研究了平均和脉动风场特性随来流... 详细信息

为研究不同来流风速对山丘地形风场特性的影响,采用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的LES方法(Large Eddy Simulation),开展了来流风速为1m/s、1.5m/s、2m/s、3m/s和5m/s的理想山丘风场数值模拟,研究了平均和脉动风场特性随来流风速的变化规律。结果表明:LES方法能够准确模拟平均和脉动风场特性,且不同来流风速对理想山丘平均风速剖面、风速放大系数、湍流强度剖面和脉动风功率谱的影响主要体现在山顶和山体背风侧,而对湍流积分尺度的影响主要体现在山体迎风侧。本研究可为山区桥梁和其他结构的抗风设计提供参考。

关键词：三维理想山丘不同来流风速 LES 平均风特性脉动风特性

来源： cnki会议评论

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复杂地形桥位风场特性实测研究

中国设备工程 2022年第8期 260-261页

作者：薛亚飞甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司甘肃兰州730030

本文以山西临猗黄河特大桥桥址处风场特性参数研究为依托,对风场进行实测并对其平均风特性和脉动风特性进行研究。研究表明:桥址处平均风速基本服从幂指数规律分布;10m高度处的紊流强度实测值高于规范推荐值,80m高度处的紊流强度实测值... 详细信息

本文以山西临猗黄河特大桥桥址处风场特性参数研究为依托,对风场进行实测并对其平均风特性和脉动风特性进行研究。研究表明:桥址处平均风速基本服从幂指数规律分布;10m高度处的紊流强度实测值高于规范推荐值,80m高度处的紊流强度实测值和规范推荐值接近;桥址处10m高度处顺、横、竖风向的紊流积分尺度平均值分别为:48.9m、35.8m、5.8m,80m高度处顺、横、竖风向的紊流积分尺度平均值分别为:183.5m、111m、48.9m,10m和80m高度处顺、竖风向的脉动风的功率谱曲线与设计指南中推荐的功率谱拟合较好。

关键词：桥位风场实测风场特性平均风特性脉动风特性

基于健康监测的灌河大桥实测湍流积分尺度对比研究

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结构工程师 2016年第2期32卷 75-83页

作者：谢炼张文明宗周红林同棪国际工程咨询(中国)有限公司重庆401121 东南大学土木工程学院南京210096

基于灌河大桥健康监测系统,选取灌河大桥良态气候条件下主跨跨中和塔顶风速仪监测数据,分析比较了自相关函数法、指数衰减法、AR模型法、功率谱法等四种常用方法计算湍流积分尺度的效果及其可靠性,分析了湍流积分尺度与平均风速及湍流... 详细信息

基于灌河大桥健康监测系统,选取灌河大桥良态气候条件下主跨跨中和塔顶风速仪监测数据,分析比较了自相关函数法、指数衰减法、AR模型法、功率谱法等四种常用方法计算湍流积分尺度的效果及其可靠性,分析了湍流积分尺度与平均风速及湍流强度之间的关系,给出了湍流积分尺度的长期统计结果。结果表明:不同湍流积分尺度计算方法得到的湍流积分尺度有一定差异,并且纵向湍流积分尺度与横向湍流积分尺度的比值差异较大;湍流积分尺度与平均风速没有确定性关系,纵向湍流积分尺度有随着湍流强度增大而增大的趋势,横向湍流积分尺度与湍流强度无明显关系;不同高度上,塔顶湍流积分尺度大于跨中湍流积分尺度,不同方向上,纵向湍流积分尺度比横向湍流积分尺度大。

关键词：结构健康监测湍流积分尺度平均风特性湍流强度

西部山区某悬索桥桥址处风环境实测及CFD数值模拟

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西部山区某悬索桥桥址处风环境实测及CFD数值模拟

作者：周鸥杰重庆大学

学位级别：硕士

进入21世纪后,我国基础设施建设日益加快,交通网络越来越复杂。尤其是西部开发战略的实施,使得我国西部建设焕发新的生机,大型桥梁建设,跨度越来越大,型式越来越多样化。然而由于西部山区本身地形的复杂性,导致地区风场特性差异较为明显... 详细信息

进入21世纪后,我国基础设施建设日益加快,交通网络越来越复杂。尤其是西部开发战略的实施,使得我国西部建设焕发新的生机,大型桥梁建设,跨度越来越大,型式越来越多样化。然而由于西部山区本身地形的复杂性,导致地区风场特性差异较为明显,而对于大跨度桥梁而言,桥梁抗风始终是整个桥梁设计的重中之重,对于合理确定桥梁设计的基本风速,桥梁风剖面,以及桥梁脉动风特性是桥梁设计者考虑桥梁结构风致振动的基础,也是桥梁抗风设计的首要问题。本次风场研究工作是以寸滩长江大桥(主跨880米的悬索桥)的建设为依托,通过对现场实测风速数据的分析以及利用大型流体计算软件Fluent进行桥址区风场数值模拟来求得风场特性参数。从现场风速实测分析,主要是通过对现场桥塔施工塔架外伸角钢每隔10米安装风速仪,并将风速采集仪安置在塔架中间,连续采集风速数据,对风速数据进行相应的统计分析,以得到桥址区实测的风场特性。主要的风场特性包括脉动风特性及平均风特性。平均风特性包括确定100年重现期下的基本风速,平均风向角、平均风攻角随时间的变化规律和风玫瑰图;脉动风特性则主要研究了脉动风速的湍流强度、阵风因子,紊流积分尺度以及采用和规范相一致的风速谱拟合得到桥址区实际风速功率谱。从数值模拟角度分析风场特性,首先利用Google地图精确的导出桥址区三维地形坐标值,再利用逆向软件imageware对上面得到的三维坐标进行自由曲面拟合,得到桥址区的地形图,将得到的地形图再次导入到Fluent的前处理软件Gambit中建立桥址区风场模型,然后利用其网格划分功能对数值风场实现网格划分操作,完成后将Mesh文件导出,然后再Fluent中设置相关计算参数,利用Fluent自带的编程UDF实现入口风剖面的导入,实现对三维风场的计算,最后导出桥面处速度云图等一系列重要计算结果。对计算得到的结果与实测数据分析的结果以及规范值进行对比分析,得到桥址处风环境特性参数。

关键词：平均风特性湍流强度阵风因子紊流功率谱 CFD数值模拟