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洞庭湖大桥桥面风场特性实测研究
2017-03-20  中国桥梁网 分享到:
关键词:现场实测 风压系数 

   随着大跨度桥梁结构的迅速发展,风荷载已成为桥梁设计时最重要的参考因素,获取准确的风场和风压特性参数对桥梁抗风设计至关重要。风场特性参数会随着地理环境的变化而显著变,所以风洞试验和数值计算很难模拟出桥梁结构真实的受力状况,而现场实测刚好能弥补这一点。国外学者在这方面的研究比较早, Kanda 等[1]总结了日本20世纪70年代后的高层建筑风场实测的研究成果。Geurts等[2]对试验建筑进行了风场和风压的全方位测量。王浩多次测量了润扬长江大桥的强季风和台风数据,得到了非常有用的实测结果。本文在西部课题的支持下,于 2013年11月23、24日,对洞庭湖大桥桥面进行了风速现场实测,采集了大量的有用数据,并分析获得了一些有用结果,为桥梁抗风设计提供一定参考。

   一、风场特性实测

   本实验采用RM Young 81000三向超声风速仪进行风速采集,风速仪安装在桥面主跨跨中,离湖面高30m,风速仪N极平行于桥轴线指向岳阳侧,风向以顺时针为正。

   二、风场特性参数

   三维风速,和是风速仪坐标下,和方向的实数序列,按基本时距分析,则水平风速,风向角,风攻角可表示为:

   式中,为向的脉动风均方根,为平均风速,本文阵风持续时间取3s。

   三、桥面风场特性分析

   洞庭湖桥面的10min平均风速、风向和风攻角时程曲线,可以看出,洞庭湖大桥桥面风速主要集中在5~11m/s;风向角主要集中在210。~240。之间,风向稳定;风攻角变化范围较小,主要集中在0。~4。之间。

   风攻角是指由于地形的影响, 近地风与水平面的倾斜角,它与风速无必然联系。随着风速增大,风攻角变小,这主要是风速增大,风场稳定性变强,不易受近地物体的影响。10min平均风攻角与风向角的关系,可以看出,随着风向角增大,风攻角也增大,主要原因是桥面对风场的干扰,不同风向的风场的流线不同,使得风攻角变化较大。

   图1是10min平均紊流度和阵风因子时程曲线,从统计结果来看,洞庭湖大桥桥面风场的纵向紊流度和阵风因子均较小,接近《公路桥梁抗风设计规范》中I类场地推荐值0.13和1.38,洞庭湖大桥属于I类地貌。

   为横、纵紊流度的相关性,直线拟合结果为,略去尾数0.0042,,比规范的推荐值为要略大;同样,横、纵阵风因子也存在一定的相关性,横、纵阵风因子关系拟合结果为。

   四、结论

   1、实测得到了洞庭湖大桥桥面风场数据,分析了桥面的风场的紊流度和阵风因子,结果表明,洞庭湖桥面的横向紊流度,略大于规范推荐的,紊流度和阵风因子都较小,属于规范里的I类地貌。

   2、随着风速增大,风场稳定性增强,风攻角变小;紊流度越大,阵风因子越大,其关系可以近似用正相关函数拟合。

   参考文献:

   [1]Hui Li, Shujin Laima,Jinping Ou,etal. Investigation of vortex-induced vibration of a suspension bridge with two separated steel box girders based on field measurements[J]. Engineering Structures 33 (2011),1894�C1907.

   [2]庞加斌,宋锦忠,林志兴.四渡河峡谷大桥桥位风的湍流特性实测分析[J].中国公路学报,2010,23(3):42-47.

   
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