深切峽谷橋址區(qū)風(fēng)特性風(fēng)洞試驗(yàn)及CFD研究.pdf

1、橋址區(qū)風(fēng)特性是橋梁抗風(fēng)研究的前提，風(fēng)參數(shù)的不確定性是影響橋梁抗風(fēng)研究精度最重要的因素。山區(qū)大跨度橋梁通?？缭缴钋袓{谷，但目前人們對深切峽谷等復(fù)雜地形地貌區(qū)強(qiáng)風(fēng)分布特性的理解還甚淺，復(fù)雜地形地貌區(qū)風(fēng)特性研究已成為風(fēng)工程領(lǐng)域的關(guān)鍵問題和重點(diǎn)研究方向。本文以深切峽谷橋址區(qū)風(fēng)特性為研究目的，圍繞橋址區(qū)深切峽谷地形的風(fēng)特性以及大橋主梁與橋塔的風(fēng)特性，以風(fēng)洞試驗(yàn)與CFD數(shù)值模擬為主要手段，采用必要的理論分析方法并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測資料來開展研究。

2、　　首先，基于對鈍體繞流較為適用的SST k-ω湍流模型，提出了一種平衡大氣邊界層的數(shù)值模擬方法，并證明了在成功實(shí)現(xiàn)平衡大氣邊界層的基礎(chǔ)上能有效提高實(shí)際繞流場的數(shù)值模擬精度，為準(zhǔn)確模擬理想峽谷地形的風(fēng)特性奠定了基礎(chǔ)。為研究山區(qū)峽谷橋址區(qū)地形模型的邊界過渡段形式，從理論上推導(dǎo)出一種曲線過渡段，并在實(shí)際復(fù)雜地形模型中提出采用三維漸變式過渡段。其次，為揭示峽谷地形風(fēng)特性的普遍性規(guī)律，通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了理想峽谷地形的平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、湍流積分

3、尺度及脈動風(fēng)速譜的分布，分析了不同來流特性與不同來流方向?qū){谷中心處風(fēng)特性的影響。針對峽谷地形風(fēng)特性的數(shù)值模擬中來流邊界條件無法準(zhǔn)確給定的問題，提出了一種隨高度變化的湍動能系數(shù)方法;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了不同峽谷夾角與不同峽谷高度對峽谷中心處風(fēng)特性的影響。最后，以處于深切峽谷區(qū)的龍江大橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立了以橋址區(qū)為中心，直徑為15km、縮尺比為1/1000的地形模型，考察了不同來流特性與不同來流方向下大橋主梁與橋塔的風(fēng)特性，分析了風(fēng)特

4、性沿橋址區(qū)深切峽谷地形的變化規(guī)律，探討了理想峽谷地形風(fēng)特性的普遍性規(guī)律與橋址區(qū)實(shí)際深切峽谷地形風(fēng)特性的特殊性規(guī)律。
　　理想峽谷地形風(fēng)特性的風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬研究表明:峽谷內(nèi)的氣流速度相對于來流的有一定增加，但湍流強(qiáng)度與脈動風(fēng)速均方差值要小于來流的;峽谷內(nèi)的低頻風(fēng)譜值要小于來流風(fēng)譜的，但在高頻部分兩者較一致;來流湍流能增加峽谷內(nèi)的風(fēng)速;當(dāng)來流方向與峽谷方向的夾角約在10°范圍時(shí)，峽谷內(nèi)的風(fēng)特性變化很小;不同峽谷夾角對峽谷內(nèi)風(fēng)