揭 晶

在山區(qū)，由于地形、地貌情況變化急劇，使得風場分布非常復雜?，F(xiàn)有的橋梁抗風規(guī)范僅適用于平坦地貌各向同性的風場條件，關(guān)于山區(qū)這類復雜地形、地貌，其風特性特征可能與規(guī)范規(guī)定值相差很大，需要通過現(xiàn)場實測才能正確獲得橋址處的風環(huán)境特性。作者以山區(qū)某大橋為工程背景，在該橋橋址處建立風特性觀測站，長時間實時觀測記錄該橋址處基本風要素(風空間速度矢量)的變化過程，將該數(shù)據(jù)作為研究西部山區(qū)近地風特性基礎(chǔ)。

1 大橋工程簡介

1.1 大橋工程概況

該大橋主橋為400 m跨上承式鋼桁拱橋，主橋拱座采用整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底面設(shè)計成階梯形;主拱肋采用桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁高度為10 m等高;拱肋上下弦桿采用等截面鋼箱，內(nèi)設(shè)縱向加勁肋，上下弦桿壁厚從拱頂至拱腳按受力要求變厚，桁架節(jié)點采用整體式節(jié)點。拱上橋面行車道結(jié)構(gòu)采用鋼—混凝土組合梁，跨徑27 m，采用16跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，全聯(lián)長432 m。

1.2 橋址處氣象

該大橋橋址位于亞熱濕潤區(qū)，該橋址處的氣象具有以下特點:春天回春早，但不穩(wěn)定，在這個季節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)低溫陰雨及寒潮;一年中夏季持續(xù)時間長、氣溫高，降雨量多而集中，有時還可能出現(xiàn)洪澇;秋季氣溫下降快，常陰雨連綿;冬季短，氣候溫和而少霜雪。多年平均氣溫18.4℃，極端最高氣溫43.1℃(7月)，極端最低氣溫-9.2℃(1月)，月平均最高氣溫29.5℃，月平均最低氣溫2.2℃。多年平均降雨量 1 049.3 mm，年最大降雨量1 356.0 mm，最大日降雨量199.0 mm。

2 橋址處風場實測數(shù)據(jù)分析

2.1 基本風速

基本風速代表了某地區(qū)范圍的風速大小，是橋梁抗風計算的基礎(chǔ)。我國公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范規(guī)定10 m高度處100年重現(xiàn)期10 min平均年最大風速為大橋抗風設(shè)計的基本風速，理論上應(yīng)用基本風速可以計算同一地區(qū)不同類別場地或高度風速大小。

為了研究地形復雜的山區(qū)橋梁的風特性，在山區(qū)某大橋橋址處進行了一年半的現(xiàn)場實測，獲得了一年多的實測數(shù)據(jù)量，據(jù)此來計算該橋橋址處100年重現(xiàn)期下的基本風速，則結(jié)果不太可靠。為此，采用了僅需要較小樣本數(shù)量的跨閾值方法(越界峰值法)來進行推算，這樣在降低了最大風速權(quán)重的同時，有可能保留一年中較多的次最大風速，使在較短風速序列基礎(chǔ)上估計極值風速成為可能，因此可以得到該橋橋址處100年重現(xiàn)期下的基本風速為26.8 m/s。

2.2 湍流強度

湍流強度反映了風的脈動強度，它是描述大氣湍流的最簡單參數(shù)。根據(jù)橋梁抗風設(shè)計規(guī)范，湍流強度定義為10 min時距內(nèi)脈動風速均方根與水平平均風速的比值。即I=σ/U。其中，σ為脈動風平均最大風速的均方根，U為平均最大風速值。

本次試驗獲得的風速樣本較多，為了便于分析，在數(shù)據(jù)處理中，先根據(jù)原始數(shù)據(jù)計算不同高度傳感器在10 min時距內(nèi)縱橋向脈動風速 u(t)、橫橋向脈動風速v(t)和豎向脈動風速 w(t)的均方根與水平平均風速的比值，分別得到這三個方向的湍流強度，然后再通過加權(quán)平均得到每一天的湍流強度值;最后得到不同位置傳感器的湍流強度隨時間的變化規(guī)律，即湍流強度的時程曲線。從實測結(jié)果可以看出，對于這類山地地貌來說，風的脈動成分較大，下部傳感器測得的湍流強度最大超過了50%，即使是離拱腳90 m高度的上部傳感器，所測得的湍流強度最大也可達20%左右，其湍流強度遠大于相關(guān)規(guī)范值和平原地區(qū)的測量結(jié)果(底部20%，上部5%左右)，這種大湍流很容易引起橋梁結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)。

2.3 陣風因子

風的脈動強度也可以用陣風因子來表示，陣風因子 G(tg)定義為陣風持續(xù)時間 tg內(nèi)的平均風速最大值(結(jié)構(gòu)風工程中一般取陣風持續(xù)時間為2 s～3 s)。

在數(shù)據(jù)處理中，先根據(jù)原始數(shù)據(jù)計算不同高度傳感器在陣風持續(xù)時間 tg內(nèi)的平均風速最大值與水平平均風速的比值，分別得到這兩個方向的陣風因子，然后再通過加權(quán)平均得到每一天的陣風因子值;最后得到不同位置傳感器的陣風因子隨時間的變化規(guī)律，即陣風因子的時程曲線。從所得的分析結(jié)果中可以看出，對于此類山地地貌，在順風向，下部傳感器測得的陣風因子最大值發(fā)生在8月份，上部傳感器測得的陣風因子最大值發(fā)生在1月份;在橫風向，下部傳感器測得的陣風因子最大值發(fā)生在1月份，上部傳感器測得的陣風因子最大值發(fā)生在1，3月份?？傮w來看，在山區(qū)地貌下，風的脈動強度大，高于平原地區(qū)的測量結(jié)果。

3 結(jié)語

本文分析了山區(qū)某大橋橋址處的平均風與脈動風特性，包括該橋址處的基本風速，平均風速沿高度的變化規(guī)律，湍流強度特性和湍流功率譜等。結(jié)果表明:

1)該橋址處平均風速沿高度的變化規(guī)律不符合規(guī)范給出的指數(shù)分布或?qū)?shù)分布。

2)下部傳感器測得的湍流強度最大超過了50%，即使是離拱腳90 m高度的上部傳感器，所測得的湍流強度最大也可達20%左右，其湍流強度遠大于相關(guān)規(guī)范值和平原地區(qū)的結(jié)果。同樣，陣風因子的最大值也高出平原地區(qū)的結(jié)果。這說明對于此類山地地貌，風的脈動成分較大，容易引起橋梁抖振。因此，在進行橋梁抗風設(shè)計時需要特別注意。

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