不同防风设施过渡段接触网风场特性分析

研究目的:大风经不同防风设施过渡段后形成涡流区,在接触网及承力索附近形成大风增速区,加大接触网的风偏和振动,对接触网的安全性、稳定性及抗疲劳性产生更大影响。为研究不同防风设施过渡段接触网处的风场特性,根据兰新高铁明洞与路基挡风墙防风过渡段的典型结构,基于数值计算及风洞试验,对列车在隧道、明洞、挡风屏和挡风墙等不同防风设施运行时的接触网处风场特性进行研究。研究结论:(1)不同线路结构风速变化规律基本一致,来流风速经过车身绕流作用,风速先急剧增大,随着列车逐渐远离监测点,风速减小并最后趋于稳定;(2)防风设施过渡段承力索处风速较接触线处大;(3)不同防风设施过渡段隧道口及隧道与路基挡风墙过渡段风速峰值较大,运行时应给予重点关注,建议采用弹性定位器等措施,改善弓网的运行状态;(4)本研究成果可为防风设施过渡段的接触网设计提供依据。

概化峡谷地形风场特性风洞试验

为研究峡谷地形的风场特性,首先对比了4类规范对峡谷地形风压或风速修正的规定;其次,以V形对称坡度概化峡谷地形为研究对象,通过风洞试验,研究了其横断面方向和沿峡谷走向地形风速分布规律,并讨论了风向角对于峡谷地形风速分布的影响。结果表明:国外规范对峡谷地形风速修正规定较少,国内规范规定的峡谷风速修正系数在1.07~1.22;0°风向角下,风速地形修正系数沿峡谷中轴线基本对称;在测试高度范围内,沿峡谷走向加速区逐渐缩小,减速区逐渐变大,风速地形修正系数极大值逐渐减小,其极值均出现在“H1ZX”横断面,数值分别为1.345和0.456;0°和15°风向角下,沿峡谷走向,风速地形修正系数分别呈“旋涡状”和“山丘状”,减速区位置也不相同;谷底位置处的风速加速效应很有限,仅在峡谷风速入口位置附近存在加速效应,且风速修正系数值最大值小于规范规定最大值(1.22)。

热带海岛典型地貌风场特性的无人机实测

利用双无人机测风系统实测海岛三类典型场地的风场特性,并与多国风荷载规范对比。结果表明,近海岸、低矮温室基地、多高层建筑群实测风剖面分别与中国规范A类、日本规范Ⅲ类、美国规范B类剖面较吻合。近海岸湍流强度小于各国规范,低矮温室、多高层建筑群实测值分别与日本规范Ⅲ类、Ⅳ类场地值较吻合。阵风因子随粗糙度、湍流强度提高而增大,近海岸、多高层建筑群阵风因子与湍流强度相关性分别接近Ishizaki、Cao建议模型。实测积分尺度随高度而增大,随粗糙度而减小,提出热带海岛典型地貌的积分尺度公式。同一地貌的风速竖向、水平相关性随高差、水平间距增大而减弱;同一高差的风速竖向相关性随粗糙度提高而减弱。von Karman谱能较好地描述热带海岛脉动风在频域内的能量分布特性。

高山峡谷桥址处风场特性的大涡模拟研究

为研究高山峡谷桥址处的风场特性,采用大涡模拟对川藏线迫龙沟大桥桥址10 km范围内的风场特性进行模拟和分析。采用谐波合成法生成大气边界层来流,比较采用均匀来流和边界层来流作为入口边界时的模拟结果。研究结果表明:模拟获得的桥址平均风速剖面和脉动风速标准差剖面均与相应的风洞试验结果吻合良好,验证了大涡模拟的准确性以及其模拟脉动风特性的有效性;入口来流类型对桥址处平均风速剖面和脉动风速标准差剖面的形状影响较小,但边界层来流较均匀来流会降低桥址处平均风速并提高高空中脉动风速标准差;高山峡谷桥址梯度风高度大于规范推荐值,与高山峡谷周围的最大高差相近;与均匀来流相比,边界层来流下山体尾流区旋涡结构更加复杂。

山区大跨径悬索桥风场特性CFD数值模拟研究

为研究山区大跨径钢桁梁悬索桥的桥位地形风场特性,确定基准风速,以开州湖特大桥为依托,采用CFD数值模拟,通过8种工况的计算分析,研究大桥桥址区的风参数,得出桥址区的风场特性分布。结果表明,不同工况下,主梁高度处的各向风速及风攻角有较大差异;CFD数值模拟得到的主梁基准风速较依据规范确定的基准风速小;综合考虑桥址区的风场特性,本桥桥面处的基准风速为38.5 m/s。

台风“梅花”作用下大跨悬索桥风场特性分析

为了深入了解台风风场特性,文中基于某大跨度悬索桥台风风场监测,对台风“梅花”风场特性的相关监测数据进行分析,具体包括:平均风速风向、湍流强度、脉动风速谱、湍流积分尺度、脉动风速空间相关性以及脉动风速的时频特性。结果表明,台风“梅花”的脉动风谱与Von-Karman谱吻合良好;脉动风速具有较显著的非平稳性;台风风场受当地地理环境的影响而呈现出显著的非均匀特性。

山区峡谷地带大跨度桥梁风场特性试验

以主跨1176m的超大跨度悬索桥湘西矮寨大桥为工程背景,进行了桥址处峡谷地形模型的风场特性风洞试验研究。主要研究了山区峡谷风对桥梁结构抗风设计的影响。提出了由地形模型谷口前试验风场梯度风速与模型中桥位桥面高度处风速的实测对应关系,结合实际谷口前的梯度风速计算桥梁设计风速的方法。试验结果表明:峡谷内沿桥跨方向平均风剖面的分布具有明显不均匀性,不能用统一的剖面形式描述;桥面高度处风迎角明显高于规范要求的±3°之内的检验标准;峡谷风速放大效应需综合考虑测点高度和两侧山体地形的影响。

桥址峡谷地貌风场特性的CFD模拟

对峡谷地貌上的大跨度桥梁而言,其桥址周围风场特性的确定可能非常困难.本文首先从Google Earth得到桥址附近大范围区域的地形图,然后借助Autocad获得区域内离散点的高程数据,再通过逆向工程软件Imageware拟合出桥址周围地形曲面.通过形成以该曲面为底面的计算域并实施网格划分,采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,数值模拟了不同来流条件下计算域内的流动特征,获得了桥址附近不同位置处的风场数据,再现了峡谷地貌上的气流运动,为大跨度桥梁抗风研究提供了重要的风场参数.

超强台风山竹近地风场特性实测

基于356 m高的深圳气象梯度塔(SZGMT)的实测风速时程数据,分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律。结果表明,SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238,略高于建筑结构荷载规范(GB50009-2012)的C类地貌的指数值;纵向湍流强度接近GB50009-2012 D类地貌的建议值,三向湍流强度比值较我国公路桥梁抗风设计指南的建议值小,并随高度的增加而增大;阵风因子和湍流强度呈高度线性相关,各向峰值因子的拟合结果接近2.5;纵向湍流积分尺度略大于日本规范AIJ 2004和美国规范ASCE7-2010的建议值;实测纵向风速谱和Von Karman谱具有较好的一致性。

西部河谷地区三水河桥址风场特性试验研究

以三水河特大桥为工程背景,通过风洞试验研究了西部河谷地区桥址处风场特性,分析了西部河谷地区不同风向来流时桥址处风剖面、湍流强度、积分尺度及脉动风功率谱变化情况。通过梯度风速相似关系,结合规范梯度风速,提出由风洞试验实测桥址处风剖面指数及梯度风高度反算桥梁设计基准风速的方法。试验结果表明:当来流与河谷走向一致时风剖面接近幂指数分布,其他风向角风剖面不能用统一的幂指数分布表示,河谷风平均风剖面指数较其他风向小,拟合得到指数为0.142;河谷内的湍流度比较大,特别是在接近边坡的位置,桥面高度跨中的湍流度大于15%;由于桥梁结构位于河谷内,平均风速在来流风速的基础上被衰减而非放大,桥址处无明显的峡谷风效应;湍流积分尺度与脉动风功率谱的变化需要考虑周围山地的影响。

西堠门大桥桥位处风场特性实测分析

利用安装在西堠门大桥上的超声风速仪和螺旋桨式风速仪对西堠门大桥桥址区风场特性进行了长期连续现场观测。基于现场实测结果,对季风气候下桥位处的脉动风湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度、平均风速剖面以及脉动风速空间相关性等参数进行了分析。这些观测结果可为我国沿海地区风场特性研究提供借鉴和参考,并为其他相似大跨度桥梁设计和施工提供借鉴。

水立方风场特性及屋盖表面风压特性研究

基于国家游泳中心(简称"水立方")健康监测系统的风速和风压数据,研究水立方风场特性和屋盖风压分布特性。研究结果表明,水立方2月份主要为偏北风,风速的脉动性极强,屋盖表面的平均风压值都为负值,且分布较为平缓,并未在迎风边缘达到最大风压,背风区风压值也没有明显减小。通过布置的30个风压传感器所监测的风压信号的空间相关性分析结果表明,各测点风压不相关。

山区桥址风场特性研究综述

首先对采用风洞试验、数值模拟、现场实测3种方法研究山区风场特性的研究进展进行了梳理和总结,对比了各种方法的相对优缺点;然后从平均风特性和脉动风特性两方面对比分析了山区风场区别于平原地区风场特性。山区风场特性相对更为复杂,变异性更强,呈现更明显的非高斯和非平稳特性,山区地表粗糙度类别不能简单地分为四类,山区风攻角、风速谱、风速剖面分布规律明显不同于平原地区;在高山峡谷间风场既存在明显加速效应,也存在阻挡效应,使得桥梁抗风设计更为困难。总结了山区桥址处设计风速的几种取值方法,为今后山区桥址抗风设计提供参考。最后对山区桥址风场特性的研究现状进行了总结,对研究前景进行了展望。

流花4-1油田海域近海面风场特性分析

为了解决海洋强风场特性研究中实测数据不足的问题,在我国南海流花4-1油田一座半潜式平台上,开展了近海面风场特性的实测研究工作.对2011-09-22实测数据开展了分析,获得了南海近海面风场的湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度等强风特性参数;同时开展了脉动风功率谱的拟合研究工作,将实测谱与Davenport谱、von Karman谱和Kaimal谱进行比较,证明了von Karman谱在近海面强风环境中拟合结果较优.

高原深切峡谷桥址风场特性风洞试验研究

深切峡谷风场特性受地形影响显著,风参数取值困难,为此,结合我国高速铁路发展需求,以某高原深切峡谷桥址地形为背景,通过数值模拟确定地形模拟范围,开展地形模型风洞试验,研究深切峡谷不同风向来流下的平均风与脉动风特性。研究结果表明:深切峡谷桥址处平均风剖面形式不能采用统一的风剖面指数模拟,拟合的风剖面指数较离散;受局部地形边界层影响,平均风速顺桥向分布不均匀,桥面高度处跨中平均风速比1/4跨、3/4跨与边跨的大;当量纲一风速大于1时,风攻角的分布范围为-15°~13°;湍流强度与测点至山体的距离及来流方向有关,靠近山体时湍流强度较大,当来流与桥梁轴线垂直时,湍流强度较小;跨中桥面高度处的脉动风速功率谱与Kaimal标准谱较吻合,1/4跨、3/4跨与边跨位置桥面高度处脉动风速功率谱与Kaimal标准谱相比则整体偏低。

江阴大桥强风报警及风场特性分析

风荷载对悬索桥的运营期安全有重要影响。文章利用健康监测系统实测数据,建立了江阴长江公路大桥风特性数据库。在此基础上,一方面针对风速设定报警阈值,从而保证了行车与结构安全,另一方面计算得到紊流强度、阵风系数等风特性,对桥梁设计风荷载参数取值的合理性进行了验证。研究结论为江阴大桥的抗风安全性评价提供了实测依据,同时可为该地区其他工程结构的抗风研究提供参考。

考虑时空变化的雷暴冲击风风场特性

为研究雷暴冲击风全周期内风场时空变化特性,基于流体力学计算软件FLUENT,采用大涡模拟进行风场瞬态模拟,并结合风暴中心移动及出流风速衰减这2个影响风场特性的主要因素,更加接近真实地模拟实际雷暴冲击风的发展至消散过程.模拟结果表明:受风暴移动和下沉气流变化影响,整体风场呈现出不稳定、随时间和空间变化剧烈的特点;风暴前方存在较大旋涡,水平风速沿竖向分布呈现出典型的鼻状下击暴流风剖面;风暴中心移动路径附近位置的风速时程规律与实测数据特征基本吻合;风暴中心后方产生较多小漩涡,湍流度较大.因此,对于处在雷暴冲击风影响范围内的结构和建筑物,除了需要考虑雷暴冲击风的正面侵袭外,还应考虑风暴中心经过后尾流区域涡旋的影响.

三维山体风场特性的风洞试验研究

通过风洞试验对5种坡度的山体模型进行风速测试,对典型陡坡山体的风场特性进行了三维的、细致的研究,并将5种坡度山体山顶和后山脚位置的加速比进行了比较,还将典型陡坡山体山顶位置的加速比与国内外规范进行了比较。最后基于典型陡坡山体风场分布特性,对山地建筑的选址提出了建议。

海岛局部风场特性的风洞试验和数值模拟研究

针对海岛局部风效应突出的问题,采用边界层风洞试验与数值模拟相结合的方法,对3种坡度的理想化海岛地形的风剖面进行了数值拟合,定义了差异系数来描述风剖面变化,利用数值模拟研究了差异系数和最大加速比在迎风侧的分布,重点探讨了海岛坡度和高度对最大加速比和差异系数的影响;基于风洞数据,对迎风侧和背风侧顺风向、横风向和竖向湍流强度和阵风因子分布进行了研究。结果表明:数值模拟与风洞试验结果较接近,风剖面指数在迎风侧较小;靠近坡顶的加速效应尤为明显,其最大加速比为0.4~1.0;坡腰处的差异系数较小,随着岛脊线角度的增加,差异系数为0的位置有向坡脚靠近的趋势;坡度增大到25°、0°岛脊线上最大加速比和差异系数均较大;迎风侧的三向湍流强度分布较规律,而背风侧的三向湍流强度分布较杂乱,尤其是在距海岛表面100 m高度范围内;阵风因子和湍流强度的变化趋势具有较高的一致性。

江阴长江公路大桥风场特性分析

结合江阴长江公路大桥结构健康监测系统升级改造项目,采用3向杨氏风速仪实时监测大桥桥址风场。依据实测数据进行大桥平均风特性(平均风速、风向和阵风系数)和脉动风特性(紊流强度和风谱)的统计分析。并结合GPS桥形监测系统,根据实测的CPS测点坐标数据和风速数据对风栽作用下的大桥变形特性进行分析,并对台风"麦莎"经过江阴大桥期间的风场特性以及与大桥跨中位置的横向位移的相关性进行了分析。