山区典型复杂地形桥址区强风特性研究

发布时间：2020-11-21 13:04

　　 桥址区风场特性的研究是桥梁风工程中的最基础课题,目前山区峡谷地形风场特性的研究还不充分,而且现行抗风规范也只是给出了平坦地貌风场特性参数的相应规定,不能满足山区峡谷地形风场特性复杂多变的要求,针对山区桥梁进行抗风设计,就必须对此类山区典型地形风场特性进行专门研究。本文以西部山区典型复杂地形(喇叭口)为研究对象,运用ANSYS FLUENT,选取三种湍流模型进行地形模型桥位强风特性数值模拟,与本课题组已有风洞试验结果对比分析,验证了数值风洞在复杂地形桥位风场研究的可行性和准确性,并选取合适的湍流模型。在此基础上对喇叭口地形风场进行多地形参数(变换峡谷两侧山体夹角、喇叭口入口角度等)模拟计算,给出随峡谷地形变化的典型地形流场分布机理和风场变化规律,并提出各地形参数下风参数变化符合的函数规律。首先针对实际山区典型复杂地形进行风特性数值模拟研究,得到了山区桥址区基本风特性参数和一般风特性参数的差异,明确了对桥位风场影响程度较大的几类地形参数,给出了比较适合峡谷地形计算的湍流模型;其次通过对简化地形不同峡谷夹角和不同喇叭口入口角度进行风特性数值模拟研究,得出了峡谷内风场随地形参数变化而产生的变换规律,给出了梯度风高度的变化范围,绘制了风速随峡谷长度和竖直高度变化的曲线图,较直观的展现了风场经过峡谷口流入峡谷内部而产生的变化情况,并拟合了风速随峡谷夹角和喇叭口入口角度变化的函数模型;最后在简化峡谷地形中引入实桥模型,探究了实桥存在前后峡谷内风场受到的影响程度,得到了风速在水平方向和竖直方向分别受到桥梁影响的范围,计算出了风速的增加幅度和最大风速差。整体研究结果可以为同类地形下桥梁抗风设计提供基本参考。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 山区复杂地形风特性研究现状
        1.2.1 数值模拟准确性
        1.2.2 简化山区地形对风场的影响
        1.2.3 实际山区地形对风特性的影响
        1.2.4 目前研究的进展
        1.2.5 目前研究存在的问题
    1.3 本文研究的具体工作
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方案
2 喇叭口地形的风场湍流模型研究
    2.1 计算模型的建立
        2.1.1 计算域的选取及几何建模
        2.1.2 网格的生成
        2.1.3 边界条件的设定
        2.1.4 湍流模型的选择及参数设置
        2.1.5 计算工况的设置
    2.2 三种湍流模型计算结果分析
        2.2.1 山体表面压力
        2.2.2 山体表面湍流强度
        2.2.3 山体表面风速矢量
        2.2.4 梯度风高度处风速
        2.2.5 风速剖面
        2.2.6 湍流强度
    2.3 模拟结果和试验结果的对比分析
        2.3.1 风速剖面
        2.3.2 淌流强度
        2.3.3 误差分析
    2.4 本章小结
3 峡谷山体不同夹角的风特性数值模拟研究
    3.1 计算模型的建立
        3.1.1 简化地形模型的建立
        3.1.2 实际地形模型的建立
    3.2 实际地形数值模拟结果与分析
        3.2.1 山体表面压力
        3.2.2 山体表面风速矢量
        3.2.3 风速剖面
    3.3 简化地形数值模拟结果与分析
        3.3.1 山体表面压力
        3.3.2 风速剖面
        3.3.3 梯度风高度
        3.3.4 湍流强度
    3.4 风特性随峡谷山体夹角变化的分布规律
        3.4.1 梯度风高度处风速
        3.4.2 峡谷谷口处风速
    3.5 本章小结
4 喇叭口不同入口角度的风特性数值模拟研究
    4.1 计算模型的建立
    4.2 简化地形数值模拟结果与分析
        4.2.1 山体表面压力
        4.2.2 风速剖面
        4.2.3 梯度风高度
        4.2.4 湍流强度
    4.3 风特性随峡谷喇叭口入口角度变化的分布规律
        4.3.1 梯度风高度处风速
        4.3.2 峡谷谷口处风速
    4.4 本章小结
5 实桥存在下峡谷风特性数值模拟研究
    5.1 计算模型的建立
    5.2 实桥存在下数值模拟结果与分析
        5.2.1 山体表面风速矢量
        5.2.2 梯度风高度处风速
        5.2.3 桥面高程处风速
        5.2.4 风速剖面
    5.3 有无实桥数值模拟结果对比分析
        5.3.1 梯度风高度处风速
        5.3.2 桥面高程处风速
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

【参考文献】

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本文编号：2893042