山区峡谷桥位风场现场实测与数值分析研究

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随着我国西部大开发,促进川、滇两省跨区域联动发展的进程,越来越多的大跨度桥梁被建设于西部复杂的山区峡谷之中;虽然大跨度桥梁对西部山区峡谷地区的大力发展具有重要促进作用,但是很多桥梁建设地山高而谷深,特殊而又复杂的地理环境给大跨度桥梁抗风研究带来了诸多难题;即便桥梁结构抗风设计规范具有相应的规定,但也只是对平原和沿海地区具有较高的参考价值,对我国西部这种复杂的峡谷地形参考意义不大,故而对山区峡谷地形的风场特征深入研究就显得尤为重要。本文以拟建的西香高速中一座位于四川省,西昌盐源县境内的某大桥为研究背景,在桥位处,峡谷两侧分别架设一个美国YOUNG-81000型三维超声风速仪,对桥位处风环境进行持续的现场实测。通过实测数据,对桥位处风攻角、风向角、湍流强度、积分尺度、功率谱进行了系统分析。结果表明:桥位处风速的整体分布情况为上午小而下午大,每天的大风记录都在10m/s以上,出现时间段为下午14时到17时之间。风攻角主要集中在±5°之间,受桥位处复杂的地形影响风攻角有部分突变。风向来流集中在东南偏南向,与拟建桥轴线夹角接近90°。另一方面,根据计算流体力学(CFD)知识,采用SST k-ω湍流模型,对峡谷区整体风环境进行数值模拟,根据风向来流每隔30°划分了十二个工况进行分析。研究结果表明:风速放大系数平均值为0.78;风攻角主要分布在-2°到5.5°之间;受地形影响,部分工况下风向角大于40°,桥位处可能存在斜风作用。
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