山區(qū)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋風環(huán)境及風荷載研究.pdf

1、隨著高速公路建設(shè)進入山區(qū)，高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋越來越多，風荷載和風載內(nèi)力逐漸成為控制此類橋梁設(shè)計的主要因素。一方面，現(xiàn)有的橋梁風環(huán)境研究成果多是針對平原地區(qū)進行的，而山區(qū)地形復雜多變，局部風環(huán)境影響因素多，風特性與平原區(qū)相比有很大差異，深入研究山區(qū)橋位風環(huán)境是山區(qū)橋梁抗風設(shè)計的前提；另一方面，現(xiàn)有的橋梁抗風研究成果多是針對懸索橋或斜拉橋進行的，針對高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的抗風研究并不充分。本文以跨徑98+5×185+98m、最大墩高180m的

2、三水河大橋這一實際工程為背景，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上開展山區(qū)橋位風環(huán)境及高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋風效應(yīng)研究，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　 采用不同于現(xiàn)有研究成果的抽樣時間間隔、極值風速分布概型及風速樣本整理方法，推導了考慮風速風向聯(lián)合概率分布確定基本風速的計算公式，并對三水河大橋橋位附近氣象站連續(xù)34年的風速風向觀測資料進行了統(tǒng)計分析和對比。結(jié)果表明：不區(qū)分風向的傳統(tǒng)統(tǒng)計分析方法對基本風速有所高估，現(xiàn)行規(guī)范建議的基本風速高估較多，基本風

3、速推算宜考慮風速風向的聯(lián)合概率分布，且抽樣時間間隔越短越經(jīng)濟合理。
　　 建立了包括三水河大橋橋位和鄰近氣象站在內(nèi)的大尺度數(shù)字地形模型，采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了橋位風環(huán)境，與物理風洞試驗結(jié)果進行了對比；提出了基于數(shù)值風洞技術(shù)由氣象站基本風速推求橋梁設(shè)計風速的方法，推算了三水河大橋的設(shè)計基準風速并進行了分析對比。結(jié)果表明：數(shù)值風洞風剖面結(jié)果和物理風洞結(jié)果有一定偏差，但二者整體趨勢的一致性較好；橋位復雜的地形環(huán)境對風場的干擾影響很大，

4、部分風向部分橋墩風剖面不滿足冪指數(shù)變化規(guī)律；來流風與河谷走向接近一致時，位于河道中的橋墩風剖面接近規(guī)范中的B類地表值；同一位置不同風向角下橋梁設(shè)計基準風速有可能存在較大差異，相同風向角下設(shè)計基準風速沿橋梁長度方向分布可能也不均衡。
　　 采用數(shù)值模擬方法研究了不同風攻(偏)角和有無護欄情況下橋梁不同斷面的三分力系數(shù)，與物理風洞試驗結(jié)果進行了對比，總結(jié)了橋梁斷面氣動力系數(shù)隨不同影響因素的變化規(guī)律；在此基礎(chǔ)上進一步探索了雙幅橋的氣動

5、干擾機理，分析了不同干擾因素對上下游橋三分力系數(shù)的影響。研究表明：數(shù)值模擬對上游橋阻力系數(shù)精度較高，對下游橋阻力系數(shù)及上下游橋的升力系數(shù)和扭矩系數(shù)誤差稍大，但總體上與物理風洞試驗結(jié)果吻合較好；對阻力系數(shù)而言，來流風對上游橋的作用為較大的推力，而對下游橋的作用為相對較小的吸力，阻力系數(shù)隨風攻角變化較小，隨梁高增大而增大，受護欄影響顯著；上下游橋升力系數(shù)和扭矩系數(shù)也受風攻(偏)角、梁高和有無護欄等因素的影響而變化。氣動干擾效應(yīng)對雙幅下游橋的

6、影響很大，總體上干擾效應(yīng)隨風攻角的變化規(guī)律不明顯，隨雙幅橋間距減小而增大，隨結(jié)構(gòu)尺寸增大而增大；氣動干擾效應(yīng)對雙幅上游橋也有一定影響，但影響相對較小。
　　 定量分析比較了國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范對高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋橫橋向風荷載計算的差異，并以算例與抖振分析結(jié)果進行了對比；基于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的特點及橫橋向一階振型，考慮平均風荷載和結(jié)構(gòu)脈動風荷載背影響應(yīng)及共振響應(yīng)，給出了方便工程應(yīng)用的計算高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩底橫橋向彎矩和剪力等效風荷載