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中国公路学报 2017年第5期30卷 104-113页

作者：沈炼韩艳董国朝蔡春声张建仁长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410114 路易斯安那州立大学土木与环境工程系路易斯安那巴吞鲁日la70803

为解决山区峡谷风场数值模拟过程中入口边界难以合理给定的问题,在中尺度气象模式(WRF)基础上利用多尺度耦合方法对山区峡谷桥址风场进行了精细化数值模拟。模拟过程中,首先基于WRF利用多尺度耦合的方法得到山区峡谷入口处的中尺度速度... 详细信息

为解决山区峡谷风场数值模拟过程中入口边界难以合理给定的问题,在中尺度气象模式(WRF)基础上利用多尺度耦合方法对山区峡谷桥址风场进行了精细化数值模拟。模拟过程中,首先基于WRF利用多尺度耦合的方法得到山区峡谷入口处的中尺度速度场信息,然后以入口边界位置风场波动情况为原则,对模拟的中尺度风场信息在耦合面进行分块,分块后分别运用多项式方法将其风速进行拟合,并通过UDF程序将拟合的速度赋给大涡模拟的入口边界。最后以张家界澧水大桥所在峡谷为研究背景,在桥址位置安装风速实时监测系统,将现场实测结果与所提方法的数值模拟结果进行了对比。研究结果表明:WRF的运行结果通过降尺后能较好地运用在山区峡谷风场CFD数值模拟的入口边界上,这种处理较好地解决了山区峡谷风场数值模拟过程中入口平均风的给定问题;分块多项式拟合插值方法解决了以往数值模拟过程中出现的"人为峭壁"问题;利用该方法可以较为准确地得到桥址处平均风速、风向角和风攻角等参数的分布情况。

关键词：桥梁工程峡谷风场多尺度耦合分块多项式插值 WRF 大涡模拟

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非均匀风场对大跨度悬索桥颤振稳定性的影响

非均匀风场对大跨度悬索桥颤振稳定性的影响

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作者：晏聪长沙理工大学

学位级别：硕士

随着我国交通建设的发展,西部大开发战略不断深入,跨越能力大的悬索桥被广泛应用于跨越西部山区峡谷地区。山区峡谷处风场特性复杂,不同的桥址处往往差异较大,因此需要对桥址处的风场特性进行充分研究。此外,跨越高山峡谷的大跨度悬索... 详细信息

随着我国交通建设的发展,西部大开发战略不断深入,跨越能力大的悬索桥被广泛应用于跨越西部山区峡谷地区。山区峡谷处风场特性复杂,不同的桥址处往往差异较大,因此需要对桥址处的风场特性进行充分研究。此外,跨越高山峡谷的大跨度悬索桥质量轻、结构柔,对风的作用十分敏感,为了保障桥梁施工和成桥状态的安全,必须确保桥址不均匀风场中大桥的颤振稳定性满足要求。本文以某山区大跨度悬索桥为工程背景,首先利用逆向工程软件Imageware和地形软件Global Mapper结合得到桥址处地形的三维高程信息,再进行网格划分导入到F LUENT进行求解计算,得到桥址处三维风场特性。之后采用一种简化峡谷模型对山区峡谷地形风场特性进一步验证和分析。在此基础上,分别采用时域与频域的方法对均匀及非均匀流风场下桥梁颤振稳定性进行分析,并探讨了颤振求解过程中的参数取值问题。本文地形数值模拟研究表明,气流流经峡谷时由于地形起伏不定,有可能在峡谷较窄处产生较大的峡管效应,简化峡谷风场能够有效模拟桥址处风速变化规律,峡谷地区气流流经山坡会导致风速增大从而引起局部风速变化。对山区峡谷大跨度悬索桥进行颤振稳定性分析表明,在均匀流下桥梁颤振临界风速均大于颤振检验风速,在非均匀风场作用时桥梁颤振性能会发生改变,跨中处的风速集中会显著影响桥梁颤振稳定性,考虑攻角非线性变化对于准确评估桥梁颤振稳定性十分重要,尤其是随攻角变化气动刚度和气动阻尼变化较大的桥梁。桥梁颤振时域分析发现在多频率参与下桥梁可能会发生类似“拍”振现象,阻尼能够显著增强桥梁的颤振稳定性,非均匀风场颤振时域分析中主梁节点随时间变化的位移响应分布模式,为研究实际风场下桥梁颤振稳定性提供一定的参考。

关键词：大跨度悬索桥峡谷风场颤振时域分析数值模拟

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基于数字孪生的艰险山区悬索桥建造过程虚拟仿真研究

基于数字孪生的艰险山区悬索桥建造过程虚拟仿真研究

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作者：施逸群西南交通大学

学位级别：硕士

随着桥梁工程信息化、智能化的进程,深度融合桥梁建造过程与现代信息技术、打造日趋智能化建造体系的需求与日俱增。针对艰险山区桥梁建造需要考虑周边地理环境对桥梁施工综合影响的难题,本文以艰险山区某大跨度悬索桥为工程实例,引入... 详细信息

随着桥梁工程信息化、智能化的进程,深度融合桥梁建造过程与现代信息技术、打造日趋智能化建造体系的需求与日俱增。针对艰险山区桥梁建造需要考虑周边地理环境对桥梁施工综合影响的难题,本文以艰险山区某大跨度悬索桥为工程实例,引入数字孪生及其关键技术,构建了包含虚拟地理环境与桥梁孪生模型的桥梁虚拟建造场景,进行了考虑实际山区峡谷地形的风场特性数值模拟与施工状态仿真分析,设计并开发了艰险山区悬索桥虚拟建造平台。主要研究内容如下:(1)总结并归纳了数字孪生的基本概念、关键要素和特征,指出在桥梁建造阶段应用数字孪生技术的优势。对数字孪生部分关键技术和相关软件进行介绍,阐述虚拟引擎Unity在构建桥梁虚拟建造平台中所用到的基础组件、窗口及开发模块。(2)基于多源地形数据构建了桥梁虚拟地理环境,利用BIM技术参数化建立了桥梁孪生模型,对地形数据进行组织与调度,对BIM数据进行轻量化与LOD构建,通过二者的集成与建造场景的优化,实现了高保真的桥梁虚拟建造场景构建。(3)基于地形数据,分别建立了桥址区大尺度与含桥塔、主梁实体小尺度的CFD模型,以大尺度开展的风场作为小尺度计算域来流的边界条件,通过在Fluent软件中布置监测点和结构监测壁面,提取不同来流方向的数值模拟结果,得到主梁高度平面的风速分布规律、主梁与桥塔处的风参数和风三分力。(4)采用Midas Civil进行考虑峡谷风的大跨度悬索桥建造过程仿真分析,首先比较两种主梁架设方案各施工阶段结构的内力与线形,选择变化幅度更平稳的作为初步施工方案,随后在此方案中施加基于实际地形仿真得到的风三分力,以此考虑施工期峡谷风对桥梁的影响,各施工阶段结构的内力和位移值等作为孪生数据,为实际施工提供数据支持。(5)基于Unity虚拟现实引擎,设计并开发了艰险山区悬索桥虚拟建造平台,研究了仿真数据集成与模型构建的方法,将环境风场及桥梁建造的仿真数据在虚拟现实场景中进行可视化表达,阐述了平台主要功能模块的界面构成、具体功能和交互方式,为艰险山区桥梁的建造提供直观可靠的辅助决策依据。

关键词：山区悬索桥数字孪生虚拟地理环境 BIM 峡谷风场建造模拟虚拟建造平台

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