山區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬與高墩剛構(gòu)橋風(fēng)致抖振時域分析.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)后，西部山區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來越多?？缭缴顪蠉{谷的線路常常采用高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋。由于山區(qū)地形地貌的風(fēng)環(huán)境往往比較復(fù)雜，不同橋址區(qū)的風(fēng)特性往往差異較大且表現(xiàn)出顯著的三維特征，有必要對其進(jìn)行研究。另外，在山區(qū)中跨越高山峽谷的橋梁，其橋面通常距水面或谷底較高，結(jié)構(gòu)的剛度都相對較柔，對風(fēng)的作用比較敏感。大氣中的紊流風(fēng)會誘發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)。在橋梁施工階段，過大的抖振響應(yīng)往往會危及施工人員和機(jī)械的安全。在成橋運(yùn)營階段，過大的抖

2、振響應(yīng)影響行車的舒適度和安全度。
　　本文以某山區(qū)高墩剛構(gòu)橋為實際研究背景，對其橋址所在區(qū)域的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了數(shù)值模擬。隨后依據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，對其最大雙懸臂階段和成橋階段進(jìn)行了抖振時域分析。
　　首先，運(yùn)用FLUENT模擬該橋址區(qū)域的風(fēng)環(huán)境。提出在截斷的地形邊界周圍人為擴(kuò)展生成一片虛擬地形的辦法，構(gòu)造恰當(dāng)?shù)倪^渡曲線將原本高低不平的實際地形邊界平緩過渡至新生成的具有同一高程的虛擬邊界上，解決了目前地形風(fēng)場數(shù)值模擬中邊界條件難以施

3、加的問題;基于SST k-ω湍流模型和平衡大氣邊界層假設(shè)，推導(dǎo)了適用于一般風(fēng)工程計算的入口來流邊界條件表達(dá)式，并實現(xiàn)風(fēng)剖面的自保持，效果理想。
　　其次，結(jié)合脈動風(fēng)的特性，對三維空間脈動風(fēng)場進(jìn)行了合理簡化;采用MATLAB編制模擬程序，基于諧波合成法(WAWS)，考慮空間相關(guān)性，運(yùn)用FFT技術(shù)，實現(xiàn)了大跨度橋梁三維空間脈動風(fēng)場的模擬。
　　再次，結(jié)合風(fēng)洞節(jié)段模型靜力三分力試驗的數(shù)據(jù)和數(shù)值風(fēng)洞的模擬數(shù)據(jù)，對靜風(fēng)荷載和抖振力荷載