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山区风参数实测及其对π型梁静风荷载的影响
| 论文题名： | 山区风参数实测及其对π型梁静风荷载的影响 |
| 关键词： | 桥梁风工程;π型梁;静三分力系数;风剖面;风场实测;Kriging代理模型;风洞试验 |
| 摘要： | 山区桥梁建设中，由于山区风场复杂，桥梁受到的风荷载作用往往更为复杂，给山区桥梁抗风工作带来很大困难。现行《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T3360-01—2018)（简称规范）推荐的风场参数计算方法不能满足山区桥梁抗风设计需求，因此必须深入分析山区风参数特点及其对主梁静风荷载的影响。山区风场特性的实测研究是目前桥梁抗风领域中最为活跃的课题之一。 为了解山区桥址处风参数特点及其对桥梁静三分力的影响，首先在长期风场实测数据基础上，采用数理统计的方法，针对风速、风向角、风攻角、风剖面、紊流度、阵风因子、紊流积分尺度和紊流功率谱等风参数进行了分析，提出了采用聚类分析将风剖面进行归类的方法，并与规范推荐值进行对比，总结山区风场的特殊性。其次，采用风洞试验和计算流体力学数值模拟方法计算大跨桥梁中常用的π型梁断面的静三分力系数，研究风攻角对其影响，同时对比验证数值模拟方法的准确性。接着，针对风剖面下主梁静风荷载难以准确计算的问题提出等效静三分力系数的概念，计算了不同风剖面下主梁的等效静三分力系数，分析了风剖面形式对等效静三分力系数的影响。最后，论文以减小（等效）静三分力系数为目标，分别在均匀流和考虑风剖面的情况下基于Kriging代理模型对原始桥梁主梁断面进行了优化，对比了外侧承托尺寸和内侧承托尺寸对（等效）静三分力系数的影响，最终给出了推荐的π型梁承托尺寸。 结果表明，相比于一般风场，山区风场具有主导风向明确、风剖面形式多样等特点，规范推荐的指数律、Kaimal紊流功率谱等均不适用于山区风场，山区风剖面可划分为四类：S型风剖面、C型风剖面、L型风剖面和I型风剖面。不同风攻角、风剖面和承托尺寸均对π型梁断面静三分力有较大影响，主梁所受升力和阻力大小主要与主梁高度附近风速有关，与高处风剖面形状关系较小，风剖面的存在使扭矩在负攻角下偏大、正攻角下偏小，外侧承托相较于内侧承托而言影响更大。基于Kriging代理模型给出的最终优化断面形式趋于流线型，该形式可显著降低静三分力，均匀流中0°风攻角的阻力系数、升力系数和扭矩系数分别较原断面降低15.65%、34.98%和27.80%，四种典型风剖面下主梁静三分力也均有不同程度的降低。 |
| 作者： | 高晓月 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 李加武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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