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考虑起伏地形效应的风场特性数值模拟及其对桥梁结构的风振响应影响分析
| 论文题名： | 考虑起伏地形效应的风场特性数值模拟及其对桥梁结构的风振响应影响分析 |
| 关键词： | 山区桥梁;风场特性;风振响应;起伏地形;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国西部大开发战略的实施，在山区复杂地形修建桥梁的需求与日俱增。对高速铁路桥梁而言，有必要研究符合起伏地形特点的风场参数。本文以成渝中线高铁跨度32m简支箱梁桥为工程背景，针对起伏山丘地形，利用CFD进行地形风特性数值模拟，并分析了地形风环境下桥梁结构的风振响应。具体研究内容及结论如下： （1）介绍了本文的研究背景及意义，阐述了复杂地形风场特性、桥梁风致振动响应的研究现状，介绍了本文的研究思路与内容。 （2）建立了起伏地形CFD模型，对不同坡度起伏地形风场进行了数值模拟，分析其分布规律。 （3）建立了起伏地形-桥梁模型，研究了不同来流风速、不同地形参数及位置对桥梁风场的影响，分析考虑地形效应的桥梁三维风速场的空间分布规律。 （4）采用谐波合成法模拟了桥梁的三维脉动风场，并计算了桥梁风荷载，包括静风荷载和抖振风荷载。 （5）对横风作用下桥梁的风振响应进行了多工况计算，通过对比分析研究了考虑起伏地形效应对结构风振响应的影响。 结果表明：1）当地形高度小于桥面高度时，桥面风速会有所放大；当地形高度大于桥面高度时，由于地形的遮挡作用，桥面风速会有所折减。当地形高度与桥面高度之比为0.2时，桥面附近风速受地形影响较小，可忽略地形的影响；2）地形高度大于桥面高度时，桥面上方风速随着地形与桥梁间距离的增大而增大。距离在5m范围内，桥面上方风速分布受地形影响较大；距离大于等于15m时，桥面上方风速分布几乎不受地形影响；3）地形高度大于桥面高度时，桥梁位于地形迎风侧和背风侧时桥面上方风速分布大致相同，桥梁两侧均有地形起伏时，桥面上方风速大幅减小，减小幅度为87.3%~80.8%；4）当地形高度与桥面高度之比在0.2~2.5范围内，其比值为0.3时（U=13.88m/s），桥梁的动力响应最大，桥梁中跨跨中位置处的竖向和横向位移为3.29mm和4.86mm，竖向和横向加速度为3.52cm/s2和6.21cm/s2，相比于不考虑地形效应，其各项位移值增加了22.76%和10.96%，各项加速度值增加了41.94%和1.64%。本文的数值模拟结果可为山区桥梁抗风设计提供计算参数。 |
| 作者： | 苏华阳 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 郭薇薇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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