山區(qū)高墩大跨連續(xù)剛構橋風環(huán)境及風荷載研究.pdf

1、隨著高速公路建設進入山區(qū)，高墩大跨連續(xù)剛構橋越來越多，風荷載和風載內力逐漸成為控制此類橋梁設計的主要因素。一方面，現有的橋梁風環(huán)境研究成果多是針對平原地區(qū)進行的，而山區(qū)地形復雜多變，局部風環(huán)境影響因素多，風特性與平原區(qū)相比有很大差異，深入研究山區(qū)橋位風環(huán)境是山區(qū)橋梁抗風設計的前提；另一方面，現有的橋梁抗風研究成果多是針對懸索橋或斜拉橋進行的，針對高墩大跨連續(xù)剛構橋的抗風研究并不充分。本文以跨徑98+5×185+98m、最大墩高180m的

2、三水河大橋這一實際工程為背景，在現有研究的基礎上開展山區(qū)橋位風環(huán)境及高墩大跨連續(xù)剛構橋風效應研究，主要研究內容及成果如下：
　　 采用不同于現有研究成果的抽樣時間間隔、極值風速分布概型及風速樣本整理方法，推導了考慮風速風向聯合概率分布確定基本風速的計算公式，并對三水河大橋橋位附近氣象站連續(xù)34年的風速風向觀測資料進行了統計分析和對比。結果表明：不區(qū)分風向的傳統統計分析方法對基本風速有所高估，現行規(guī)范建議的基本風速高估較多，基本風

3、速推算宜考慮風速風向的聯合概率分布，且抽樣時間間隔越短越經濟合理。
　　 建立了包括三水河大橋橋位和鄰近氣象站在內的大尺度數字地形模型，采用數值模擬技術研究了橋位風環(huán)境，與物理風洞試驗結果進行了對比；提出了基于數值風洞技術由氣象站基本風速推求橋梁設計風速的方法，推算了三水河大橋的設計基準風速并進行了分析對比。結果表明：數值風洞風剖面結果和物理風洞結果有一定偏差，但二者整體趨勢的一致性較好；橋位復雜的地形環(huán)境對風場的干擾影響很大，

4、部分風向部分橋墩風剖面不滿足冪指數變化規(guī)律；來流風與河谷走向接近一致時，位于河道中的橋墩風剖面接近規(guī)范中的B類地表值；同一位置不同風向角下橋梁設計基準風速有可能存在較大差異，相同風向角下設計基準風速沿橋梁長度方向分布可能也不均衡。
　　 采用數值模擬方法研究了不同風攻(偏)角和有無護欄情況下橋梁不同斷面的三分力系數，與物理風洞試驗結果進行了對比，總結了橋梁斷面氣動力系數隨不同影響因素的變化規(guī)律；在此基礎上進一步探索了雙幅橋的氣動

5、干擾機理，分析了不同干擾因素對上下游橋三分力系數的影響。研究表明：數值模擬對上游橋阻力系數精度較高，對下游橋阻力系數及上下游橋的升力系數和扭矩系數誤差稍大，但總體上與物理風洞試驗結果吻合較好；對阻力系數而言，來流風對上游橋的作用為較大的推力，而對下游橋的作用為相對較小的吸力，阻力系數隨風攻角變化較小，隨梁高增大而增大，受護欄影響顯著；上下游橋升力系數和扭矩系數也受風攻(偏)角、梁高和有無護欄等因素的影響而變化。氣動干擾效應對雙幅下游橋的

6、影響很大，總體上干擾效應隨風攻角的變化規(guī)律不明顯，隨雙幅橋間距減小而增大，隨結構尺寸增大而增大；氣動干擾效應對雙幅上游橋也有一定影響，但影響相對較小。
　　 定量分析比較了國內外有關規(guī)范對高墩大跨連續(xù)剛構橋橫橋向風荷載計算的差異，并以算例與抖振分析結果進行了對比；基于高墩大跨連續(xù)剛構橋的特點及橫橋向一階振型，考慮平均風荷載和結構脈動風荷載背影響應及共振響應，給出了方便工程應用的計算高墩大跨連續(xù)剛構橋墩底橫橋向彎矩和剪力等效風荷載