漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明:漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°~0°和25°~30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.

山区峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性研究

为了掌握山区峡谷风袭击下输电线路绝缘子串风偏特性,提出了一种山区输电线路峡谷风场模拟方法.首先以峡谷风变化规律和信息为目标,基于Davenport风功率谱,通过待定系数法修正风功率谱,采用谐波叠加法构建了山区输电线路峡谷风场,分析了模拟风场与峡谷实测风场的相关性;然后建立山区输电塔线体系有限元模型,研究了峡谷风袭击下绝缘子串风偏特性,分析了降雨条件和风攻角对绝缘子动态风偏的影响,探索了峡谷风增大效应,给出了峡谷风袭击下的绝缘子串风偏角计算公式.结果表明:通过待定系数法修正Davenport风功率谱,可实现山区输电线路峡谷风场模拟;峡谷风袭击下的绝缘子串动态风偏角呈现上下波动趋势,且服从正态分布.降雨强度和风攻角越大,绝缘子串的风偏越大.建议峡谷风作用的绝缘子串采用修正的刚体直杆法计算.计算峡谷风袭击下绝缘子串的风偏角时,建议考虑峡谷风动力增大效应.

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。

峡谷地形平均风速特性与加速效应

采用计算流体力学(CFD)方法建立多个数值模型,通过与风洞试验的对比分析验证了数值模拟结果的可靠性,较系统地研究并详细分析了峡谷长度、山顶间距、山脉坡度3种地貌因素对平均风加速效应的影响.结果表明:山脉顶部加速效应主要受山脉坡度的影响,在近地面内坡度越大加速效应越明显;峡谷内部加速效应受多种地貌因素影响且变化趋势较为复杂,必须考虑峡谷侧坡边界层的影响和流动的三维效应,当峡谷长度越短、山顶间距越小、山脉坡度越大时,迎风谷口处在近地面内的加速效应越明显.最后计算出典型峡谷的风压地形修正系数,并与我国建筑结构荷载规范进行对比.

大跨度山区桥梁风特性数值模拟及试验研究

以在建的贵州瓮马铁路北延伸线工程湘江特大桥为例,研究山区峡谷复杂地形下桥位处的风特性并指导桥梁抗风设计。采用逆向工程软件Imageware,使用曲面拟合的方式将高程数据转换成桥位附近直径8 km的地形曲面用于数值模拟和风洞试验分析。为解决模型边界的“人为峭壁”问题,通过采用改进的边界过渡段来减小地形模型中“人为峭壁”对山区桥位处风特性的影响。基于CFD数值模拟,通过改变速度入口边界位置来实现8种不同来流风偏角,研究桥轴线方向和风剖面监测点位置处的风特性。对有过渡段和无过渡段的地形模型开展风洞试验,研究横桥向风速、风剖面、风攻角以及桥梁总长1/4跨、1/2跨、3/4跨风剖面等风特性参数。研究结果表明:1)根据抗风规范确定的主梁设计基准风速较CFD方法确定的结果偏小;2)主梁高度处横桥向风速与来流入口基本风速相比,数值模拟和模型试验结果增幅分别为28%和10%;3)采用最优过渡段可使来流风速降低程度较无过渡段时小且风速保持较好;4)无过渡段时,“人工悬崖”会降低主梁高度处的横桥向风速。大跨度山区峡谷桥梁风特性数值模拟及试验研究得到了一些重要参数和变化规律,研究成果可为类似桥梁的设计研究提供一定的指导和参考作用。

山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究

为准确模拟山区峡谷桥址处的三维紊流风场,以澧水大桥所在峡谷为工程背景,将现场实测风场用谐波合成法进行等效处理生成了满足峡谷风场特性的随机来流,然后基于对Fluent的二次开发,将生成的随机来流赋予大涡模拟的入口边界.通过对比本文方法和无脉动入口计算结果发现,本文方法更能体现山区峡谷风场的真实流态,最后在本文方法基础上对不同风向角作用下的山区峡谷桥址处风场进行了数值模拟,得到了峡谷桥址处风场的详细分布特性,可为山区峡谷地形紊流场精细化数值模拟提供参考.

山区峡谷高墩刚构桥施工期风荷载研究

为确保高墩大跨钢构桥在山区峡谷中的施工安全,对高墩大跨度悬臂现浇桥受风荷载的影响进行研究。根据山区峡谷的地形数据建立峡谷的三维数值模型,基于计算流体力学进行峡谷风场数值模拟;并通过现场实测风速修正峡谷计算模型,并利用计算流体力学软件模拟计算峡谷风场中桥梁表面的风压值、风速值等风场特征。

西部山区U型峡谷桥位处风场特性实测研究

山区峡谷桥位处风场特性同沿海和平原地区有较大差异,为研究西部山区峡谷桥位处风场特性,选取西部山区一典型U型峡谷(拟新建桥梁)为研究对象,在桥址南岸设立高50 m和30 m的测风塔进行时长为一个月的现场实测,实测结果表明:主导风向与峡谷及河道走向一致,平均风速在每日呈现出周期的规律性变化,而桥位处风攻角随风速增大而减小,同时紊流积分尺度、紊流强度等风场参数与现行规范建议值有所区别,实测结果有利于同地形桥梁风场环境的研究。

山区峡谷中桥址处风场特性数值模拟研究

为研究某山区峡谷中桥址处风特性,基于大型计算流体动力学软件,建立山区桥址处的复杂地形模型,分析桥面高度的风速放大系数、风攻角及风偏角结果,给出了桥面高度处设计风速取值。结果表明:桥跨两侧风速放大系数比跨中大,靠近右侧桥塔区域,风速放大系数相对较小,这主要与桥塔所处的地形有关。不同测点处的风攻角风攻角变化相对较小,基本在+6°~-8°范围内,风攻角在局部区域较大,最大达25°。北偏西36°~北偏西66°时,在桥塔区域附近,风偏角为负,绝对值最大可达10°;东偏南24°、东偏南54°,在右侧桥塔区域附近,风偏角为负且绝对值最大达50°,综合考虑风速和风攻角的关系,建议在进行桥梁设计时,取正交风,攻角采用±5°。

山区峡谷桥址地形模型过渡段优化

针对山区峡谷桥址地形模型入口边界确定问题,以贵州省湘江特大桥桥址处地形为依托,选择维多辛斯基曲线作为地形模型过渡段的基本曲线形式,采用计算流体动力学方法对不同曲线参数进行计算,并结合关联度权重确定法确定最优过渡段曲线参数。在此基础上设计并制作了几何缩尺比为1∶1 500的桥位地形模型,分别进行了有、无过渡段地形模型的风洞试验,对比了地形模型有、无过渡段对桥位桥面高度处横桥向风速、风攻角以及桥梁总长1/4跨、1/2跨、3/4跨风剖面的影响。过渡段曲线的二维数值模拟结果表明:采用最优过渡段可有效降低模型边界后方气流等效风攻角,并最大程度地保持入流风速,减小过渡段后湍流度;设置过渡段后风速场分布特性与入流参考风速场分布特性的一致性较好。地形模型风洞试验结果表明:曲线过渡段使风剖面逐渐抬升,气流过渡平缓,不存在明显的加速效应,剪切层发展较慢;设置过渡段后不同风剖面位置处平均风速较无过渡段时大,湍流强度较无过渡段时低;设置过渡段对桥梁主梁高度处风攻角存在一定的影响,但有、无过渡段时的风攻角变化趋势大致相同;采用优化后的过渡段使风剖面逐渐抬升,减小了"人为峭壁"对地形模型试验结果的影响,主梁高度处横桥向风速总体大于无过渡段时主梁高度处横桥向风速。

高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟

山区峡谷地区由于受特殊地形地貌条件影响使得其风场十分复杂,这些地区建立的大跨度桥梁面临着更为突出的风致振动问题,而当前规范对峡谷桥梁的抗风设计还没有明确规定。为更加深入认识峡谷风场的分布特性,基于WRF与CFD耦合模式对峡谷桥址风场进行精细化分析,在中尺度气象模式基础上结合多项式插值方法获取入口边界的平均风速,同时对峡谷桥址上游风速进行实时监测,利用实测站脉动特性互等的原则获取数值模拟入口位置的脉动特性。将平均风速和脉动风速综合考虑后利用UDF程序赋给大涡模拟的入口边界并对峡谷桥址位置风场进行详细分析,最后将模拟结果与实测结果的湍流特性进行对比。研究结果表明:考虑脉动风速后的入口边界条件相比于无脉动入口风速其湍流特性与实测值吻合更好;中国现有规范中的标准谱不适用于复杂峡谷桥址地区,如用现有规范设计山区峡谷桥梁,其结果偏不安全;来流风向与峡谷走向是引起加速效应的主要原因,峡谷上游的复杂局部地形是引起峡谷桥址风场多样性的根本原因。研究成果可供山区峡谷大跨度桥梁抗风设计提供参考。