论文部分内容阅读
摘要: 对于在山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方法主要是通过对桥梁周边地区的标准风速数据的分析，深入的分析风速与海拔的具体关系，从而采用海拔修正的方法确定山区峡谷的桥梁的风速方向。对于山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向的方法大概的思路就是如上所述。在实际的对山区峡谷桥梁风速方向的确定工作中，需要考虑多方面的因素，例如：海拔的因素，地形地势的因素等等[1]。在实际的工作中，需要充分的考虑这些因素，并通过正确的测定方法，科学的数据跟踪，才能做好山区峡谷桥梁风速方向的确定工作。因此，本文重点探讨了山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向的相关方法，希望能为有关方面的研究有所帮助。
关键词：山区；峡谷；桥梁抗风设计；风速
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
随着我国经济的不断发展，从而促进了山区峡谷桥梁的建设，就目前测定山区峡谷桥梁风速方向的方法一般只是做一些小的修正的工作。然而在实际的山区峡谷桥梁的建设中，需要对其风速的方向进行准确的判断，才能做好桥梁的修建工作。因此，在实际的测量风速方向的工作中，需要采取细致的方法，科学的论证，以及现场环境的具体考察，综合各方面的因素，从而准确无误的测定出山区峡谷风速的方向，才能做好桥梁的施工建设工作。
1 海拔对测定风速方向的影响分析
海拔因素是影响山区峡谷测定风速方向的最重要的影响因素。如果按山区通用的风速推算方法的话，就是用指数律风剖面模型的推算方法，那么，对于抗风的风速设计比沿海地区还要大[2]。因此，在推算山区峡谷风速的方向的问题时，对海拔的落差的推算就是测定风速方向的关键之处，如果能准确的推算出海拔的落差，那么通过推算山区峡谷内基本风速就比较容易了。由此可见，海拔对山区峡谷测定方向的影响是非常的大的。那么，如何计算海拔的落差呢？如果假设风速剖面整体形状是不变的,，整个剖面只是简单的伴随着而海拔上升，此时，所有的标准气象站所观测到的资料和计算出的基本风速是相等的。然而实际上，在重力的作用下，梯度风的高度事不可能随着海拔的不断的上升而呈现等值增大的结果，这种情况是不可能发生的[3]。举一个例子：图1 是華中地区50个气象站在10年重现期的10 m高度的风速。华中地区的地形地势特点是西高东低。除了一些少数的异常点之外，此地区的风速是随着海拔而缓慢的线性增大。如公式dU(zH)/dzH=1.0(3)所计算的一样，在海拔每增加1 000 m的时候，10年的重现期10 m高度的风速增加了1.0 m#s-1。因此，对于测定海拔的落差可以用上述的公式所计算。
图1：
2 风速方向的基本推算方法
以四渡河峡谷大桥为例，四渡河大桥地处海拔约930 m,，大桥所处的地形地势特征为，在大桥的东南方向是山岭,海拔约为 900~1 200 m。平均高度低于1 200 m[4]。如果在桥的周边虚拟建立一个气象站，来观测桥周边的风速。具体数值如表2所示：
如果河谷的海拔为480 m,，将虚拟气象站的海拔设置为为830 m,则整个桥梁的剖面指数应取0.16。1那么30年后重现期的基本风速应等于44.2 m#s-1。计算的过程和结果是按着上述公式计算出来的，是海拔的修正结果的1.8倍,而相应风荷载将会增大3倍[5]。因此，在计算海拔高差的厚度，可以采用上述公式进行比例调整。
3 山区峡谷风速的地形修正分析
3.1山区峡谷风效应修正
仍以四渡河峡谷大桥为例，山区峡谷风主要特征就是气流加速，因此，在测定山区峡谷风速的方向的时候应该考虑峡谷风的修正系数。峡谷风是否会在大桥中加速是与高度有关系的。如果桥的位置所在的峡谷处海拔在1 080 m以下的话风速反而减小，因为在海拔1 080 m以上的时候，收缩加速的效应才会凸显现出来,主要是由于在大桥两侧的海拔高度为1 100~1 200 m，然而桥面所在的位置海拔高度约为830m。大桥的侧坡和复杂的地形从而形成了湍流边界层,因此整个桥位都会受到这个边界层的影响；整个山区峡谷收缩加速的效应应表现为海拔1 080 m以上,而这个高度应该与两侧的山脉高度相当[6]。然而，对于此峡谷大桥来说,这个高度已经达到了桥塔的顶部。具体修正系数如表3所示：
表3 不同位置峡谷风修正系数
由此可见，对于峡谷风的修正需要考虑海拔和桥梁两面山坡的边界层2个因素，在实际的修正过程中，要充分的考虑这2个因素，从而完成好峡谷风的效应修正工作。
3.2 峡谷越山风效应修正
峡谷越山风风速的加速会在山顶的附近，在背风坡的位置，如果地形较陡的话，还会发生严重的分离现象。从而增大尾流区的脉动强度。具体的修正步骤如以下所述：当越山风到达山顶的时候，压力开始恢复，从而形成边界层逆压梯度，逐渐的引起气流的分离。风速剖面上速度梯度的拐点为0，通过分离形成湍流的急剧增大；对于尾流区的区域，由于分离区覆盖了背风坡的大部分区域，因此，导致尾流区逐渐的消失。湍流度的剖面将恢复到大气边界层的剖面数值。以四渡河峡谷大桥为例，在桥的东面、西面和南面南风向上都具有越山风的特点,南面越山风平均风速最大,平均地形修正系数超过1.0。其他2个风向的修正系数小于1.0。
4 结束语
本文通过对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向的相关因素及计算方法进行了具体的分析。通过海拔对测定风速方向的影响进行了分析，找到推算海拔高度的方法，从而解决了在测定风速方向时，对海拔高度推算不准的现象，解决了影响推算结果误差的问题所在，并通过风速方向的基本推算方法的相关介绍，以及山区峡谷风速地形修正的具体的分析，从而全面的了解了山区峡谷桥梁抗风设计风速方向的方法，从而在日后的实际的山区峡谷桥梁的风速的测定工作中能够更好的进行测量。虽然，在目前的技术水平下，对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向方法上还存在着些许的不足，有很多需要改进的地方。相信随着科学技术的发展，测量人员实际经验的总结，在对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向方法上，会有更好的改进，从而能准确无误的完成测定风速方向的工作，促进整个山区峡谷桥梁的建设。
参考文献：
[1]郝翠,曹新垒,王建国.预应力混凝土斜拉桥施工抗风性能计算分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2009(03).
[2]方明山,项海帆,肖汝诚.超大跨径复合材料悬索桥静风性能研究[J].重庆交通学院学报,2009(03).
[3]俞琦,王家林.模糊优化设计在抗风结构中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2007(04).
[4]罗建辉,陈政清,刘光栋.大跨度缆索承重桥梁非线性静风扭转失稳机理的研究 第16届全国结构工程学术会议特邀报告[A].第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）,2007.
[5]胡兆同,张永胜,白桦.禹门口黄河大桥风环境数值模拟研究[A].第十三届全国结构风工程学术会议论文集（上册）,2007.
[6]罗雄.利用短期实际风速记录模拟极值风速及桥梁时域抖振分析[D].西南交通大学,2009.
关键词：山区；峡谷；桥梁抗风设计；风速
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
随着我国经济的不断发展，从而促进了山区峡谷桥梁的建设，就目前测定山区峡谷桥梁风速方向的方法一般只是做一些小的修正的工作。然而在实际的山区峡谷桥梁的建设中，需要对其风速的方向进行准确的判断，才能做好桥梁的修建工作。因此，在实际的测量风速方向的工作中，需要采取细致的方法，科学的论证，以及现场环境的具体考察，综合各方面的因素，从而准确无误的测定出山区峡谷风速的方向，才能做好桥梁的施工建设工作。
1 海拔对测定风速方向的影响分析
海拔因素是影响山区峡谷测定风速方向的最重要的影响因素。如果按山区通用的风速推算方法的话，就是用指数律风剖面模型的推算方法，那么，对于抗风的风速设计比沿海地区还要大[2]。因此，在推算山区峡谷风速的方向的问题时，对海拔的落差的推算就是测定风速方向的关键之处，如果能准确的推算出海拔的落差，那么通过推算山区峡谷内基本风速就比较容易了。由此可见，海拔对山区峡谷测定方向的影响是非常的大的。那么，如何计算海拔的落差呢？如果假设风速剖面整体形状是不变的,，整个剖面只是简单的伴随着而海拔上升，此时，所有的标准气象站所观测到的资料和计算出的基本风速是相等的。然而实际上，在重力的作用下，梯度风的高度事不可能随着海拔的不断的上升而呈现等值增大的结果，这种情况是不可能发生的[3]。举一个例子：图1 是華中地区50个气象站在10年重现期的10 m高度的风速。华中地区的地形地势特点是西高东低。除了一些少数的异常点之外，此地区的风速是随着海拔而缓慢的线性增大。如公式dU(zH)/dzH=1.0(3)所计算的一样，在海拔每增加1 000 m的时候，10年的重现期10 m高度的风速增加了1.0 m#s-1。因此，对于测定海拔的落差可以用上述的公式所计算。
图1：
2 风速方向的基本推算方法
以四渡河峡谷大桥为例，四渡河大桥地处海拔约930 m,，大桥所处的地形地势特征为，在大桥的东南方向是山岭,海拔约为 900~1 200 m。平均高度低于1 200 m[4]。如果在桥的周边虚拟建立一个气象站，来观测桥周边的风速。具体数值如表2所示：
如果河谷的海拔为480 m,，将虚拟气象站的海拔设置为为830 m,则整个桥梁的剖面指数应取0.16。1那么30年后重现期的基本风速应等于44.2 m#s-1。计算的过程和结果是按着上述公式计算出来的，是海拔的修正结果的1.8倍,而相应风荷载将会增大3倍[5]。因此，在计算海拔高差的厚度，可以采用上述公式进行比例调整。
3 山区峡谷风速的地形修正分析
3.1山区峡谷风效应修正
仍以四渡河峡谷大桥为例，山区峡谷风主要特征就是气流加速，因此，在测定山区峡谷风速的方向的时候应该考虑峡谷风的修正系数。峡谷风是否会在大桥中加速是与高度有关系的。如果桥的位置所在的峡谷处海拔在1 080 m以下的话风速反而减小，因为在海拔1 080 m以上的时候，收缩加速的效应才会凸显现出来,主要是由于在大桥两侧的海拔高度为1 100~1 200 m，然而桥面所在的位置海拔高度约为830m。大桥的侧坡和复杂的地形从而形成了湍流边界层,因此整个桥位都会受到这个边界层的影响；整个山区峡谷收缩加速的效应应表现为海拔1 080 m以上,而这个高度应该与两侧的山脉高度相当[6]。然而，对于此峡谷大桥来说,这个高度已经达到了桥塔的顶部。具体修正系数如表3所示：
表3 不同位置峡谷风修正系数
由此可见，对于峡谷风的修正需要考虑海拔和桥梁两面山坡的边界层2个因素，在实际的修正过程中，要充分的考虑这2个因素，从而完成好峡谷风的效应修正工作。
3.2 峡谷越山风效应修正
峡谷越山风风速的加速会在山顶的附近，在背风坡的位置，如果地形较陡的话，还会发生严重的分离现象。从而增大尾流区的脉动强度。具体的修正步骤如以下所述：当越山风到达山顶的时候，压力开始恢复，从而形成边界层逆压梯度，逐渐的引起气流的分离。风速剖面上速度梯度的拐点为0，通过分离形成湍流的急剧增大；对于尾流区的区域，由于分离区覆盖了背风坡的大部分区域，因此，导致尾流区逐渐的消失。湍流度的剖面将恢复到大气边界层的剖面数值。以四渡河峡谷大桥为例，在桥的东面、西面和南面南风向上都具有越山风的特点,南面越山风平均风速最大,平均地形修正系数超过1.0。其他2个风向的修正系数小于1.0。
4 结束语
本文通过对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向的相关因素及计算方法进行了具体的分析。通过海拔对测定风速方向的影响进行了分析，找到推算海拔高度的方法，从而解决了在测定风速方向时，对海拔高度推算不准的现象，解决了影响推算结果误差的问题所在，并通过风速方向的基本推算方法的相关介绍，以及山区峡谷风速地形修正的具体的分析，从而全面的了解了山区峡谷桥梁抗风设计风速方向的方法，从而在日后的实际的山区峡谷桥梁的风速的测定工作中能够更好的进行测量。虽然，在目前的技术水平下，对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向方法上还存在着些许的不足，有很多需要改进的地方。相信随着科学技术的发展，测量人员实际经验的总结，在对山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方向方法上，会有更好的改进，从而能准确无误的完成测定风速方向的工作，促进整个山区峡谷桥梁的建设。
参考文献：
[1]郝翠,曹新垒,王建国.预应力混凝土斜拉桥施工抗风性能计算分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2009(03).
[2]方明山,项海帆,肖汝诚.超大跨径复合材料悬索桥静风性能研究[J].重庆交通学院学报,2009(03).
[3]俞琦,王家林.模糊优化设计在抗风结构中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2007(04).
[4]罗建辉,陈政清,刘光栋.大跨度缆索承重桥梁非线性静风扭转失稳机理的研究 第16届全国结构工程学术会议特邀报告[A].第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）,2007.
[5]胡兆同,张永胜,白桦.禹门口黄河大桥风环境数值模拟研究[A].第十三届全国结构风工程学术会议论文集（上册）,2007.
[6]罗雄.利用短期实际风速记录模拟极值风速及桥梁时域抖振分析[D].西南交通大学,2009.