沿海地区和山区峡谷强风特性分析及其对结构影响研究

发布时间：2020-11-04 21:55

　　 随着桥梁跨径的迅速增长,桥梁结构的耐久性及使用性常受到恶劣自然环境的影响,其中山区与沿海地区强风作用对桥梁结构的影响成为大跨桥梁建设及运营过程中不可忽视的控制因素之一。沿海地区受台风侵袭严重,台风风速、风向改变迅速,阵风特性、脉动特性等与良态风具有较大差异;山区复杂的地形地貌对风速影响极大,风向、风速呈现明显时空差异性。鉴于此,本文以沿海地区西堠门大桥和山区青草背长江大桥为工程背景,基于桥址附近实测的大量风速数据,系统研究了台风风场和山区风场的脉动特性、非平稳特性及其风致效应,主要研究内容如下:(1)基于沿海地区台风和山区强风实测风速数据,采用传统分析方法、经验模态分解方法(EMD)、离散小波变换(DWT)对风速序列进行了时变平均风速的提取与分离,讨论了多种分析方法下平均风速随时间的变化特性,发现了远端台风同时兼具强台风与良态风的特性;通过罚函数对比法求解了风速序列统计时距,发现沿海强风风速序列的统计时距划分结果与我国规范推荐10min固定时距较为接近,山区风统计时距划分结果与规范相差较大。(2)以实测风速数据为背景,采用多种计算方法对比分析了台风风场和山区风场强风时段内紊流强度、阵风因子以及功率谱的变化特征,通过研究阵风因子随紊流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系,发现了顺风向阵风因子和紊流强度之间存在较强的线性相关性,阵风因子随阵风计算时距的变化规律可以用高斯函数加以描述;此外,基于罚函数对比法提出时变紊流强度理论算法,研究了平均风速统计时距及时变特性对阵风因子和紊流强度的影响,一定程度上减小了平均风速对紊流强度的影响进而使其准确表达风场脉动紊流特性。(3)以桥址处实测风速样本为对象,分别使用轮次检验法和希尔伯特-黄变换讨论了沿海地区和山区风场中风速序列在幅值和频率上的非平稳特性,并探讨了样本时长和窗口时长对其非平稳特性的影响;最终通过与良态风非平稳性对比分析,给出了区分良态风与强风非平稳程度的定量评价指标。(4)基于现代控制理论对动态系统状态的描述方式,建立桥梁非平稳抖振分析的状态空间模型;创新性的采用罚函数对比法与精细积分法相结合的方法高效求解桥梁结构非平稳抖振响应;并以青草背长江大桥及西堠门大桥为例,详细分析了各自风场环境下的非平稳抖振响应,发现非平稳风场下的抖振位移与其平均风速变化形式类似,在平均风速变化较快处具有较强的波动性;非平稳风场下与良态风场下的抖振位移RMS存在较大差距,在抖振响应分析时需要考虑非平稳的影响。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U441
【部分图文】：

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图 2-2 台风“布拉万”中心移动路径次台风中心路径距离西堠门大桥监测点约为 360km-380km，监测风数据属于远端台风风速。通过对实测风速的初步筛选，特选用风均风速超过 5m/s 时所对应的时间段内风速资料进行分析，即 8 月 日 12 时共 36 个小时的风速资料分析台风“布拉万”远端风场的时山区峡谷强风实测概况陵青草背长江大桥位于重庆市南川至涪陵高速公路段，全桥总长 主跨 788m 的悬索桥，加劲梁采用流线型扁平钢箱梁，塔柱选用门南北引桥结构形式分别为预应力混凝土 T 型刚构桥及预应力混凝。桥梁位置地处重庆中部，三峡库区的尾部，以山地、丘陵为主，低悬殊，地势差异较大，为典型的峡谷地形，山顶距离水面高差 5方位角为 140 度。该区域所在位置属于湿润亚热带季风气候，冬夏季盛行偏南风，同时该地的峡谷地形也对当地气候也产生显著影

青草背长江大桥
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本文编号：2870658