複雜山區地形風特性及其對高墩大跨橋樑風振影響研究

《複雜山區地形風特性及其對高墩大跨橋樑風振影響研究》是依託湖南大學，由劉志文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜山區地形風特性及其對高墩大跨橋樑風振影響研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉志文
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

隨著國家交通基礎設施建設的進一步推進，跨海灣、山區峽谷大跨橋樑將逐漸成為今後若干時期內大跨橋樑建設的重點。複雜山區地形大跨橋樑抗風設計具有風特性複雜（平均風及脈動風空間分布複雜）、山區風對大跨橋樑作用效應複雜等特點，因此，複雜山區地形橋位大跨橋樑抗風研究逐漸成為近年來橋樑風工程領域研究的熱點問題之一。本項目針對複雜山區地形橋位大跨橋樑抗風研究的不足，以在建的赤石特大橋為工程依託，對複雜山區地形橋位風特性及其對高墩大跨橋樑風振影響進行研究。採用地形模型風洞試驗、現場實測和CFD數值模擬相結合的方法對複雜山區風特性進行系統研究，建立複雜山區地形橋位風特性合理描述方法；對複雜山區地形高墩大跨橋樑施工期與成橋狀態風振回響進行實測，以研究其風振回響規律與風振機理；考慮複雜山區地形橋位風特性空間分布的不均勻性、橋塔脈動風效應以及渦激力等因素，建立複雜山區地形高墩大跨橋樑風荷載及風振回響分析方法。

結題摘要

隨著國家交通基礎設施建設的進一步推進，跨海彎、山區峽谷大跨橋樑逐漸成為當前交通基礎設施建設的重點。複雜山區地形大跨度橋樑抗風設計具有風特性分布複雜、山區風對橋樑結構作用效應複雜等特點，因此複雜山區地形橋位大跨度橋樑抗風性能研究逐漸成為近年來橋樑風工程領域研究的熱點問題之一。 本項目針對複雜山區地形橋位風特性及其對高墩大跨橋樑風振影響進行研究，依託實際橋樑工程開展了現場實測、風洞試驗和CFD數值模擬研究工作，重點圍繞山區地形橋位風特性、複雜山區地形橋位設計風參數確定方法、高墩大跨橋樑風振回響計算方法、下擊暴流風特性及橋樑結構下擊暴流風效應等進行系統研究。現場實測研究發現，山區地形橋位風受地形影響與平原區存在較大差異，且主梁高度處風速、風攻角等參數沿橋軸線方向存在一定的差異；山區地形橋位易出現局部突變強風（如下擊暴流），實測瞬時風速可達32m/s，工程實踐中應予以關注；開展了高墩大跨橋樑施工期風致振動回響實測研究工作，分析了大風天氣高墩大跨橋樑風致振動回響隨風速的變化關係，並將橋樑結構風振回響計算結果與實測結果進行了比較，識別了橋樑結構施工期關鍵振動模態頻率和阻尼比。採用計算流體動力學方法結合地形數字模型建立了複雜山區地形橋位風特性CFD數值模擬方法，針對單峰山丘、典型二維峽谷地形風場特性進行了CFD數值模擬，並與試驗結果進行了比較，在此基礎上結合實際橋樑工程進行了橋位地形風特性數值模擬研究，獲得了橋位處主梁設計基準風速和風攻角等參數。在綜合國內多座山區大跨橋樑橋位地形特點的基礎上，設計並製作了對稱V型、不對稱V型和U型峽谷地形模型，開展了典型峽谷地形風特性風洞試驗研究，獲得了典型峽谷地形橋位風特性的分布規律，研究表明峽谷地形風的影響包括峽谷加速效應和地形高度影響兩個方面。開展了下擊暴流風特性現場實測、風洞試驗與CFD數值模擬研究工作，開發了邊界層風洞下擊暴流水平風速模擬試驗裝置，並進行了下擊暴流風場下CAARC標準建築模型和大跨連續剛構橋氣彈模型試驗研究，建立了下擊暴流作用下橋樑結構抖振回響分析方法。本課題的研究成果對於山區地形大跨橋樑的抗風設計理論和方法具有重要的推動作用，對於完善公路橋樑抗風設計規範中關於山區地形風特性和山區橋樑抗風設計條文的制定具有重要的參考價值，課題部分研究成果已套用于山區大跨橋樑抗風設計與施工期抗風性能研究中。