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山区地形大跨桥梁复杂多变的桥位风


湖南赤石大桥

随着我国交通基础设施建设的进一步推进,跨海湾、山区峡谷大跨桥梁的建设逐渐成为近年来大跨度桥梁建设的重点。由于山区地形起伏较大,山区地形桥位风具有明显的局部特性,因此山区地形大跨桥梁抗风性能研究也成为当前桥梁风工程领域研究的热点问题之一。山区地形桥位风特性研究方法主要有地形模型风洞试验、现场实测和计算流体动力学数值模拟(CFD)三大类。

由于山区地形桥位风特性具有复杂性,目前的研究成果大多是结合具体工程开展,且多侧重于良态风特性研究。关于局部风效应(如雷暴等)对桥梁结构效应的研究相对较少;大跨桥梁风振响应实测研究则多针对开阔区域桥位桥梁,对山区地形桥位风振响应实测则相对较少。本文对山区地形桥位风特性分别进行风洞试验和现场实测研究,www.37728.com

典型桥位风特性试验

当桥梁跨越山区峡谷时,顺峡谷方向风对桥梁设计风速的确定具有重要影响。为了对山区峡谷地形桥位风特性进行数值模拟研究,从而与实测数据对比分析,按照“由简单到复杂”的思路,以研究顺峡谷方向来的峡谷风时典型二维山体的风场特性为目的,进行不同形状山体的风洞试验研究,分析山体形状对风场特性的影响。为了设计具有山区峡谷大跨桥梁桥位地形特点的典型二维山体,借助Google Earth软件得到湖南矮寨大桥、云南普立大桥、湖南赤石大桥、贵州坝陵河大桥、湖北四渡河大桥和贵州清水河大桥等六座跨越山区峡谷大跨桥梁桥位处的地形图和对应地形立面图,限于篇幅仅给出部分桥梁桥位地形图。

图1 部分山区峡谷桥位地形

山区地形桥位大致可归纳为对称V形峡谷、对称U形峡谷和不对称V形峡谷三大类。在综合调研国内外复杂山区地形模型风洞试验研究成果的基础上,设计了三套不同坡度的地形模型,即XG-1、XG-2及XG-3,分别由2块主体模型和4块缓和导风板组成,山体高度取200m,试验模型的缩尺比是1:1000。地形模型风洞试验在湖南大学HD-2边界层风洞的高速试验段进行。该试验段尺寸为17m(长)×3m(宽)×2.5m(高)。在风洞中采用“尖劈+粗糙元”方法进行B类地貌风场的模拟。采用TFI公司眼镜蛇探针(精度0.2m/s)和移测架进行风速测试,试验模型照片如图2所示。测点沿横风向布置11~15个测试位置,每个测试位置沿高度方向布置12个测点,间隔5cm。试验来流为B类流场。

图2 典型峡谷模型风洞实验照片

标签 桥位 地形 桥梁 山区 风速