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山区峡谷实测风参数分析与桥梁抗风性能研究
| 论文题名： | 山区峡谷实测风参数分析与桥梁抗风性能研究 |
| 关键词： | 大跨度柔性桥梁;抗风性能;山区峡谷;风场特性 |
| 摘要： | 随着中国现代化建设迈进新发展阶段，中西部地区稳步推进基础设施互联互通工程的实施，逢山开路，遇水架桥，越来越多的大跨度桥梁结构不断建设在我国中西部山区峡谷中。由于山区峡谷地形错综复杂，其风场特性不同于平原开阔地区，国内外现有抗风规范对山区峡谷风特性描述较少。为了给山区峡谷大跨度柔性桥梁的抗风设计工作提供可靠的依据，有必要进一步对山区峡谷桥址区风场特性和桥梁抗风性能展开深入研究。 本文以四川省甘孜藏族自治州川西高原 V 型峡谷木绒特大桥为研究对象，主要采用现场实测和数值模拟等方式，对山区桥位风特性进行系统分析并开展大攻角下的桥梁抗风性能研究，主要内容如下： （1）在木绒特大桥桥位处建立风环境观测系统，开展现场实测。基于MATLAB编程对桥位处实测风数据进行处理，获取平均风速、基本风速、风攻角、紊流强度、阵风因子等风环境参数，拟合得到脉动风功率谱密度函数。 （2）对比研究典型山区深切 V 形峡谷的风环境参数与良态风场参数的异同，可知山区深切 V 型峡谷对风速有明显加速效应、对风向有较强锁定作用、具有大攻角效应，紊流强度与阵风因子相较规范给定值略低，实测风攻角主要分布在-4°到10°之间，大于我国公路桥梁抗风规范推荐范围。 （3）利用 ANSYS 和MIDAS 分别建立桥梁有限元模型，对比分析结构动力特性，校核验证模型有效性。结合风洞试验与CFD数值模拟得到的主梁各典型断面三分力系数，拟合得到桥梁三分力系数随风攻角变化的函数，计算各风攻角下三分力系数导数，为开展桥梁静风和抖振响应分析打下基础。 （4）基于前文计算的桥梁断面三分力系数表达式，计算0°攻角下的三分力作为初始静阵风荷载；根据实测的脉动风功率谱密度函数，基于谐波合成法模拟桥址区空间脉动风场，对静风荷载和抖振荷载进行时域化处理。采用ANSYS编制APDL程序开展桥梁最大单悬臂施工状态和成桥状态下的静阵风和抖振响应分析。分析结果表明桥梁结构在静风和抖振作用下安全性较高，横向位移均未超过40cm，对结构安全性能影响不大；自重作用下竖向位移达到 73.6cm，在施工过程中需要采取相应的维护措施，保证施工安全。脉动风作用下，结构的内力和位移相较静阵风响应都有显著的放大效果，在桥梁抗风设计过程中应当充分考虑。 |
| 作者： | 欧阳玉仙 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 王小松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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