李永樂, 遆子龍, 汪 斌, 廖海黎

(西南交通大學(xué)土木學(xué)院, 四川 成都 610031)

山區(qū)Y形河口附近橋址區(qū)地形風特性數(shù)值模擬研究

李永樂, 遆子龍, 汪 斌, 廖海黎

(西南交通大學(xué)土木學(xué)院, 四川 成都 610031)

為研究在山區(qū)Y形河口影響下橋址區(qū)的橋梁風載特性，以山區(qū)峽谷大跨度懸索橋橋址區(qū)真實地形為工程背景，應(yīng)用CFD(computational fluid dynamics)的方法，建立了橋址區(qū)復(fù)雜地形區(qū)域風場數(shù)值模型.通過36個工況的分組對比分析，探討了山區(qū)Y形河口對主梁的平均風速、風攻角、風剖面以及風速放大系數(shù)在不同來流方向下的影響規(guī)律，并分析了河口處河道的導(dǎo)流與山體的繞流作用.研究結(jié)果表明:不同于普通深切峽谷地形風特性，在Y形河口影響下，橋址區(qū)附近的平均風速最大增幅達24 m/s，平均風攻角主要表現(xiàn)為負攻角，出現(xiàn)了最高達1.13的風速放大系數(shù)，且河道的導(dǎo)流及山體的繞流作用會導(dǎo)致主梁風速分布不均勻.

Y形河口；地形影響；峽谷；橋梁；風工程

我國水運資源豐富,有長江、黃河、珠江等大水系及許多中小水系.每個水系又由干流和若干支流組成,這些河流大多發(fā)源或流經(jīng)山區(qū),河流的某些河段或整個河流屬于山區(qū)河流.當山區(qū)河流的較大支流匯入主流時,往往形成交匯河口地形[1].交匯河口大致可分為兩類:支流斜接干流形交匯和Y形交匯,其中Y形交匯河口的交匯角較大,常見于較大河流交匯處[2].

大跨度橋梁柔度較大,在風荷載作用下易出現(xiàn)對結(jié)構(gòu)不利的風致振動,抗風已成為大跨橋梁設(shè)計的控制因素之一.山區(qū)地形復(fù)雜,往往形成深切峽谷.峽谷內(nèi)陣風強烈,風切變頻繁,湍流強度大,非平穩(wěn)特性突出,與常規(guī)地區(qū)風場特性存在明顯差異,山區(qū)深切峽谷橋址區(qū)風特性成為大跨度橋梁抗風研究的重點[3-5].當橋址區(qū)處于山區(qū)典形Y形河口附近時,與普通峽谷相比,Y形河口的存在對平均風速、風攻角及風速放大系數(shù)等均有明顯影響.

針對復(fù)雜山區(qū)橋址區(qū)風特性的研究主要有3種途徑:現(xiàn)場實測、風洞試驗及數(shù)值模擬.其中數(shù)值模擬通常以計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics， CFD)為基礎(chǔ),模擬得到峽谷、山脈等復(fù)雜地形的三維風場,從而可確定區(qū)域內(nèi)不同位置處風特性的分布規(guī)律.其優(yōu)點包括:可重復(fù)性好,能較快的給出流場定量結(jié)果,節(jié)約人力物力,受干擾小.數(shù)值模擬方面,文獻[6]采用標準k-ω湍流模形對區(qū)域風場進行了線性與非線性的數(shù)值模擬,得到了風速及風向的分布情況,文獻[7]對復(fù)雜地形風場研究進行了回顧總結(jié),并對不同地形下風洞試驗與現(xiàn)場實測的結(jié)果進行了對比分析,總結(jié)了各種方法的適用性,文獻[8]使用軟件FLUENT對蘇格蘭Askervein小山真實地形進行了風環(huán)境數(shù)值模擬,文獻[9]針對理想地形和真實地形使用不同的湍流模型進行了地形風特性的數(shù)值模擬.針對橋址區(qū)附近的地形風特性,文獻[10]結(jié)合現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬兩種方法對西部山區(qū)地形某橋址區(qū)的風環(huán)境進行了研究,文獻[11]對北盤江大橋橋址區(qū)風環(huán)境進行了數(shù)值分析,并與風洞試驗進行了比較,文獻[12]針對深切峽谷橋址區(qū)進行了8 km×8 km區(qū)域地形風場數(shù)值模擬研究,并對比分析了不同風向情況下橋址區(qū)風速沿高度的變化情況,提出將深切峽谷橋址區(qū)風場分為峽谷層、峰巒層和中高空層,根據(jù)風速沿主梁方向的變化特點,得出了平均風速和風攻角的聯(lián)合分布,在一定程度上揭示了深切峽谷橋址區(qū)空間風場的分布特征.與以上研究對象不同,本研究中橋址處緊鄰Y形河口的深切峽谷內(nèi),兼有分岔河道地形與深切峽谷地形的特點,其風環(huán)境與傳統(tǒng)的深切峽谷有較大差異,目前尚未見關(guān)于Y形河口對橋址區(qū)風場影響的研究報道.

為研究Y形河口對橋址區(qū)風特性的影響,本文采用計算流體動力學(xué)數(shù)值模擬的方法,應(yīng)用大形CFD仿真分析軟件FLUENT,以實橋橋址區(qū)地形為對象,研究了山區(qū)Y型河口附近深切峽谷橋址區(qū)的風場特性.

1 數(shù)值分析模型

某西部山區(qū)懸索橋跨徑1 350 m,橋面標高海拔1 792 m,距離谷底432 m,見圖1.橋址位于深切峽谷中,向南距離橋址區(qū)約1.5 km處有一Y形交匯河口,整個橋址區(qū)群山環(huán)繞,最高海拔3 560 m.

圖1 橋跨總體布置圖(單位： m)Fig.1 General layout of the bridge(unit： m)

橋址區(qū)地形如圖2所示,藍色線條表示3條峽谷河道,黑色虛線框內(nèi)所示為Y形河谷,紅色線條表示橋位.河道將區(qū)域地形大致分為3塊,分別為山體Ⅰ、山體Ⅱ和山體Ⅲ.

圖2 橋址區(qū)域地形三維視圖Fig.2 Three-dimensional view of the bridge site

針對復(fù)雜山區(qū)的真實地形建模,本研究采用分辨率為10 m的等高線圖,使用非均勻有理B樣條曲線差值方法進行曲面擬合,該方法所得曲面與實際吻合較好,如圖2所示.針對橋址區(qū)地形地貌特點,結(jié)合當前的計算能力與計算效率,選定的計算區(qū)域東西和南北方向邊長均為20 000 m、高度(主梁至計算區(qū)域頂部)為15 208 m的長方體區(qū)域,并對計算區(qū)域的高度進行了區(qū)域無關(guān)性檢驗,以保證地面上方空氣流動具有合理的頂部邊界.

整個計算域采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格劃分方式.在橋位附近設(shè)置網(wǎng)格加密區(qū),遠離橋位處的網(wǎng)格逐漸稀疏化.邊界層網(wǎng)格在地表劃分尺寸為50 m,高度方向采用棱柱體網(wǎng)格進行劃分,首層網(wǎng)格高度2 m,垂向網(wǎng)格增長率為1.15，共15層，邊界層網(wǎng)格總高度為96 m.邊界層高度以上網(wǎng)格尺寸逐漸增加,高空最大網(wǎng)格尺寸為350 m.計算域網(wǎng)格總數(shù)為580萬,使用計算流體力學(xué)專用前處理軟件ICEM(integrated computer engineering and manufacturing)評價網(wǎng)格質(zhì)量,網(wǎng)格質(zhì)量評價指數(shù)均在0.35以上.

2 分析參數(shù)及邊界條件

數(shù)值計算中采用有限體積法對流場控制方程進行離散,求解器選適用于不可壓縮及低速流動的全隱式分離求解器,壓力與速度耦合用SIMPLE算法計算,湍流模型選用SSTk-ω.

在風場計算中，入口處來流風速分布偏安全地采用氣象觀測站標準場地(B類地表)對應(yīng)的風剖面,同時,本研究中盡可能采用大區(qū)域地形,使來流發(fā)展相對充分,以弱化入口來流條件的影響.通過用戶自定義函數(shù)(UDF)對計算入口風速進行如下設(shè)置：高程4 000 m以下部分按B類地表(標準氣象站場地)風速隨高度變化的指數(shù)規(guī)律進行設(shè)置,高程1 360 m處為入口處谷底,高程4 000 m以上部分風速取為50 m/s.其中,橋位處橋面高度處入口風速為38 m/s.

3 計算結(jié)果及分析

3.1 分析工況

為考察主梁周圍風環(huán)境特征,沿主梁(由西岸到東岸)布置了7個觀測點,并沿高度方向布置豎向觀測點,沿主梁分布和垂直主梁分布的各觀測點的空間分布如圖3所示.

為考察不同方向來流對橋位風場的影響,設(shè)定36個方向計算中入口來流，如圖4所示.圖4中數(shù)字代表計算工況號,設(shè)西偏北5°方向的來流工況為工況1,順時針方向每10°設(shè)置1個工況,共36個工況(工況1～36).因本文研究橋址區(qū)的地形特殊,向北延伸出一條長直深切峽谷,南方緊鄰Y形河口,兼有河口地形與深切峽谷地形的特點,其風環(huán)境與來流方向密切相關(guān).為研究Y形河口對橋位處風環(huán)境的影響,將36個工況按來流方向是否受到Y(jié)形河口的影響分為兩類:工況1～18為常規(guī)河道來流工況,符合常規(guī)山區(qū)峽谷的來流環(huán)境,來流基本不受Y形河口的影響;工況19～ 36為分岔河道來流工況,來流受到Y(jié)形河口的影響.

圖3 主跨觀測點布置示意圖Fig.3 Locations of wind velocity observation points in the main span

圖4 來流方向示意圖Fig.4 Sketch of wind flow directions

兩類來流工況的分界線為東西方向線,見圖4.這樣每個常規(guī)河道來流工況都有一個關(guān)于東西方向線對稱的分岔河道來流工況,如工況4與工況33對稱,工況14與工況23對稱.此分類的好處是,每組對稱工況與東西方向線夾角相同,僅以是否受到Y(jié)形河口影響作為單一變量,便于對Y形河口對橋址區(qū)風環(huán)境的影響進行研究.以下基于這些對稱工況的對比,從平均風速的空間分布、風攻角、風速放大系數(shù)等方面，研究Y形河口對橋址區(qū)風環(huán)境的影響,并解釋其成因.

3.2 Y形河口對主梁平均風速的影響

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)風致振動的特點,有代表性地選取主梁跨中附近5個觀測點計算結(jié)果的平均值作為相應(yīng)工況的取定值,觀測點分別為從西岸至東岸方向1/4跨處、3/8跨處、1/2跨處、5/8跨處和3/4跨處5個點,這段主梁是結(jié)構(gòu)振動最明顯、氣動力作用最顯著的部位,測點位置如圖3所示.

為研究不同來流方向下橋址區(qū)的風特性,對于兩類來流方向,將各對稱工況下的主梁橫橋向平均風速在同一坐標軸下繪制成兩條曲線,見圖5.其中,橫橋向風速指總風速沿垂直于橋軸線方向的速度分量.

圖5 不同來流下的橫橋向風速對比Fig.5 Comparison of wind velocity cross the bridge in different flow directions

由圖5可知, 18組對稱工況中,分岔河道來流工況風速大于常規(guī)河道來流工況風速的工況有14組,占77.8 %,風速最大增加了24.26 m/s(工況8與工況29).可見,受Y形河口影響,分岔河道來流在橋址區(qū)產(chǎn)生的橫橋向風速普遍大于常規(guī)河道來流.其原因是，當來流與橋址區(qū)河道有一定夾角時,常規(guī)河道來流工況由于深切峽谷兩岸山體的阻擋和屏障作用,橋位高度處風速有所削弱,這符合已有研究對深切峽谷風特性的認識.

分岔河道來流產(chǎn)生的橫橋向風速較大的主要原因如下.

(1) 當來流方向與橋位所在河道夾角較小(例如工況26～29)時,氣流由河口流入峽谷的過流斷面迅速減小,氣流受兩岸山體擠壓,導(dǎo)致風速變大.

(2) 當來流方向與橋位所在河道夾角較大(例如工況34)時,在Y形河口處,河道對分岔河道方向來流具有導(dǎo)流作用,來流在河道引導(dǎo)下轉(zhuǎn)向橋址區(qū),從而使橋址區(qū)分岔河道方向來流的橫橋向風速增加.圖6是工況34橋面高度平面的速度云圖(如線框內(nèi)所示),可以觀察到來流在河道導(dǎo)流作用下發(fā)生了轉(zhuǎn)向.

3.3 Y形河口對風剖面的影響

為研究兩類來流方向下橋址區(qū)風剖面的差異,取以下典型對稱工況組的跨中處橫橋向風剖面進行分組對比:工況9與工況27；工況14與工況23；工況6與工況31.其中第1組工況來流方向與主梁垂直,大致平行于橋址所在的河道,第2與第3組工況分別位于橋東西兩側(cè),大致與主梁成45°夾角.圖7～9給出橋址區(qū)風剖面對比.

圖6 橋位高度水平面速度矢量圖(工況34)Fig.6 Wind velocity contours at the height of bridge deck (case 34)

圖7 橋址區(qū)風剖面對比(工況9和27)Fig.7 Comparison of wind profiles over bridge site between cases 9 and 27

由圖7～9可見,各組對比工況的風剖面形狀、風速大小均差異很大.工況9、工況14和工況6屬于常規(guī)河道來流工況,由于峽谷兩側(cè)復(fù)雜地形的遮擋作用,其風剖面分布呈S形,風剖面在海拔1 500 ～1 800 m區(qū)間內(nèi)的“峽谷層”變化較規(guī)律,在海拔1 800 ～2 200 m區(qū)間內(nèi)的“峰巒層”產(chǎn)生拐點,之后風速大致符合隨高度增加的規(guī)律,這些特征均基本符合常規(guī)峽谷風剖面的特征,與文獻[12-13]的研究結(jié)果類似.工況27、工況23和工況31為分岔河道來流工況,其風剖面分布規(guī)律較簡單,沒有常規(guī)峽谷風剖面的拐點,風速基本隨高度的增加而增加,且風剖面斜率較大.這是由于:

(1) Y形河口處較開放式的地形特點,使分岔河道來流受兩側(cè)地形的遮擋作用較小,風剖面分布較簡單,基本保持風速入口指數(shù)剖面的形狀特點,風速隨高度的增加而增加.

(2) 氣流從Y形河口處流入峽谷,受河口兩岸山體擠壓的影響,風速增加.由于深切峽谷斷面下窄上寬的形狀特點,高度越低,加速效應(yīng)越明顯,從而使整個風剖面斜率增加.

圖8 橋址區(qū)風剖面對比(工況14和23)Fig.8 Comparison of wind profiles over bridge site between cases 14 and 23

圖9 橋址區(qū)風剖面對比(工況64和31)Fig.9 Comparison of wind profiles over bridge site between cases 6 and 31

3.4 Y形河口對風攻角的影響

選取主梁跨中附近5個觀測點風攻角計算結(jié)果的平均值作為相應(yīng)工況的取定值，觀測點位置與3.2中所述相同(圖3).為對比各對稱工況平均風攻角的差異,按照圖5的繪制方法,將各工況風攻角按來流方向的不同進行分類,并在同一坐標軸下繪制成曲線,見圖10.

由圖10可知,常規(guī)河道來流各工況下的風攻角隨來流方向的變化沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律,除了工況17和工況18外，分別出現(xiàn)高達-67.80°和-26.81°的大攻角,攻角基本在-14.70°～ 12.80°之間變化,且工況17和工況18橫橋向風速很小,對抗風不起控制作用.主要原因是在峽谷兩側(cè)復(fù)雜地形的遮擋作用下,氣流產(chǎn)生的擾動和三維特性,該結(jié)果符合以往對深切峽谷風攻角特性的認識.而分岔河道來流各工況下的風攻角除了工況20和工況21分別出現(xiàn)12.54°和2.28°的正攻角外,其余均為負攻角,攻角在-17.20°～0°之間變化.主要原因是因為分岔河道來流在流經(jīng)Y形河口前方山體Ⅲ時形成“越山流動”,越山風流至橋址區(qū)時,攻角為負,這與文獻[6]的研究結(jié)論吻合. Y形河口并沒有對攻角產(chǎn)生直接影響,橋址區(qū)負攻角的形成原因是經(jīng)過山體Ⅲ后形成的越山風.但事實上,在山區(qū)地形中,Y形河口的存在必然將周圍山體分成如圖2所示的3個部分,河口與其周圍山體往往是一個不可分割的系統(tǒng).故可將負攻角的形成原因歸納為Y形河口對橋址區(qū)風攻角的影響.

圖10 不同來流方向下的風攻角對比Fig.10 Comparison of wind attack angles in different flow directions

同時,對風攻角沿主梁的分布進行了考察,結(jié)果見圖11和圖12，圖11為常規(guī)河道來流下典型工況的風攻角沿主梁分布圖，圖12為分岔河道來流下典型工況的風攻角沿主梁分布圖.

圖11 風攻角沿主梁分布(工況5、6、13和14)Fig.11 Distribution of wind attack angles along the deck in cases 5，6,13 and 14

由圖11～12可以看出,常規(guī)河道來流下,靠近來流方向山體附近與背離來流方向山體附近的風攻角方向相反,最大相差23°,這是由于峽谷兩側(cè)山體較強的遮擋作用,越山風產(chǎn)生的尾流影響了峽谷的風場分布,見圖11.分岔河道來流,風攻角沿橋軸線分布均為負攻角.這是由于山體Ⅲ后形成的越山風流至橋址區(qū)時,攻角為負.

圖12 風攻角沿主梁分布(工況23、24、33和34)Fig.12 Distribution of wind attack angles along the deck in cases 23, 24, 33 and 34

3.5 Y形河口對風速沿主梁分布的影響

圖13和圖14分別給出工況20～25與工況29～34下橫橋向風速沿主梁的分布.工況20～25來流方向大致是東南方向,與河道Ⅲ走向一致,工況29～34來流方向大致是西南方向,與河道Ⅱ走向一致.

圖13 橫橋向風速沿主梁分布(工況20～25)Fig.13 Distribution of wind velocity across the bridge along the deck in cases 20-25

圖14 橫橋向風速沿主梁分布工況(29～34)Fig.14 Distribution of wind velocity across the bridge along the deck in cases 29-34

在分岔河道方向來流各工況(工況19～36)中,當來流經(jīng)過河口時,河道均不同程度地改變了來流的方向及大小,從而影響了橋位處的風場，這是由山體的繞流和河道的導(dǎo)流作用綜合而成的.圖15為河口處氣流的局部流動示意圖,紅色箭頭表示山體的繞流作用,其形成原因是當空氣流經(jīng)鈍體時,會在鈍體表面發(fā)生氣流分離,尾流繞向鈍體的后方,且分離后的尾流流速較快,這可能會造成主梁左右風速差較大.典型工況速度云圖見圖16和圖17，藍色箭頭表示河道的導(dǎo)流作用,其形成原因是氣流受到山體走向的影響,被迫沿河道流動,這會增加主梁橫橋向的平均風速.

圖15 河口處氣流局部流動示意圖Fig.15 Schematic of local flow at the river junction

圖16 工況25橋位高度水平面速度云圖Fig.16 Wind velocity contours at the height of bridge deck in case 25

從圖13中可見，工況25出現(xiàn)了左跨比右跨最高達17 m/s的風速差,對應(yīng)工況的橋位高度水平面速度云圖見圖16，可見氣流在河口右岸山體處發(fā)生了繞流作用,產(chǎn)生的尾流增大了左跨風速,使左右跨風速差增大.圖14中,工況30出現(xiàn)了右跨比左跨最高達20 m/s的風速差,對應(yīng)工況的橋位高度水平面速度云圖見圖17，可見氣流在河口左岸山體處發(fā)生了繞流作用,產(chǎn)生的尾流增大了右跨風速,使左右跨風速差增大.

綜合上述分析,受Y形河口影響,河口處山體的繞流作用與河道的導(dǎo)流作用可能會造成主梁左右跨較大的風速差,而風速差會使主梁左右跨受力不均,對大柔度的大跨懸索橋安全不利.

圖17 工況30橋位高度水平面速度云圖Fig.17 Wind velocity contours at the height of bridge deck in case 30

3.6 Y形河口對風速放大系數(shù)的影響

對各工況的風速放大系數(shù)進行了研究,風速放大系數(shù)玫瑰圖見圖18.

圖18 風速放大系數(shù)玫瑰圖Fig.18 Rose diagram of wind velocity magnification factors

由圖18可見,本文橋址區(qū)出現(xiàn)了明顯的風速放大系數(shù).在常規(guī)河道來流的各工況中,工況10風速放大系數(shù)最大(為1.0).在分岔河道來流的各工況中,工況26與工況27均出現(xiàn)了高達1.13的風速放大系數(shù).

橋址區(qū)北方河道較順暢,橋位高度處峽谷谷寬較大,平均寬度達1 530 m,因而未出現(xiàn)明顯的加速效應(yīng).而分岔河道來流出現(xiàn)了較大的風速放大系數(shù),其主要原因是在Y形河口處,氣流從開闊地帶流入峽谷時兩側(cè)山體對氣流的擠壓導(dǎo)致風速加大.

4 結(jié) 論

通過對山區(qū)Y形河口附近深切峽谷橋址區(qū)風場的數(shù)值模擬研究,可以得到以下結(jié)論.

(1) 受Y形河口影響,分岔河道來流在橋址區(qū)產(chǎn)生的橫橋向平均風速普遍大于常規(guī)河道來流,且風速增幅較大.

(2) 在Y形河口影響下，分岔河道來流與常規(guī)河道來流在橋址區(qū)的風剖面差別很大.常規(guī)河道來流的風剖面因峽谷復(fù)雜地形的遮擋作用,呈S行分布,符合常規(guī)深切峽谷的風剖面特征.而分岔河道來流因河口處較開放的地形特點,遮擋作用較小,導(dǎo)致其風剖面形式較簡單,大致呈現(xiàn)風速隨高度上升而增加的規(guī)律,河口兩側(cè)山體的擠壓作用增加了近地高度層的風速,造成風剖面斜率較大.

(3) 由于Y形河口的存在,分岔河道來流與常規(guī)河道來流在橋址區(qū)的平均風攻角差異很大.常規(guī)河道方向來流的平均風攻角隨來流方向的變化，基本符合傳統(tǒng)深切峽谷風攻角的特點,總體分布在0°±10°之間,無明顯規(guī)律;而分岔河道來流的平均風攻角普遍表現(xiàn)為負攻角,主要原因是氣流經(jīng)過Y形河口前方山體Ⅲ后產(chǎn)生的“越山風”在橋址區(qū)表現(xiàn)為負攻角.

(4) 由于Y形河口的影響,分岔河道來流與常規(guī)河道來流風攻角沿主梁分布的差異很大.常規(guī)河道來流由于峽谷兩側(cè)山體的遮擋,在橋跨兩側(cè)攻角一側(cè)為正,一側(cè)為負,相差最大可達23°,而分岔河道來流受河口前方山體Ⅲ導(dǎo)致的“越山風”影響,風攻角沿主梁的分布均為負值.

(5) 在Y形河口的影響下,河口處山體的繞流作用與河道的導(dǎo)流作用會造成主梁風速分布的不均勻,從而會使主梁左右側(cè)受力不均.

(6) 受Y形河口影響,分岔河道來流部分工況的主梁高度風速出現(xiàn)了風速放大系數(shù)達1.13的情況,其主要原因是Y形河口兩側(cè)山體對氣流的擠壓導(dǎo)致風速加大.

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李永樂(1972—),教授,博士,博士生導(dǎo)師,1998年起至今任職于在西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,現(xiàn)任橋梁工程系副主任，研究方向為大跨橋梁風致振動及車-橋耦合振動等動力行為，以及防災(zāi)減災(zāi)工程和防護工程.先后主持主研50余項科研項目,其中主持國家自然科學(xué)基金6項.曾獲四川省科技進步一等獎、上海市科技進步一等獎、中國鐵道學(xué)會科技進步一等獎、四川省教學(xué)成果三等獎.目前是中國振動工程學(xué)會理事、《Wind and Structures》編委、中國振動工程學(xué)會隨機振動專業(yè)委員會委員；中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會地下工程分會理事.

E-mail:lele@swjtu.edu.cn

遆子龍(1989—),2014級博士研究生.研究方向為大跨橋梁的空氣動力學(xué),海洋橋梁的波浪動力學(xué).

Email: swjtutzl@126.com

(中文編輯:秦萍玲 英文編輯:蘭俊思)

Numerical Simulation of Wind Characteristics over Bridge Site Near Y-shaped River Junction in Mountainous Area

LIYongle,TIZilong,WANGBin,LIAOHaili

(School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

To study the wind field characteristics in bridge site under the influence of Y-shaped river junction in mountainous areas, a long-span suspension bridge built over a deep-cutting gorge near a Y-shaped river junction is regarded as a typical example and a numerical model for the wind field distribution of the bridge site with complex terrain is established by computation fluid dynamics (CFD) method. According to comparative analysis of 36 cases in different groups, the influence laws of Y-shaped river junction on the average wind velocity, wind attack angle, wind profile, and wind velocity amplification factor along the bridge deck in different flow directions are discussed, and the effect of river diversion and flow around mountains at the junction are analyzed. The results show that unlike the wind characteristics in ordinary deep gorges, influenced by Y-shaped river junction, the maximum increase in the average wind velocities is up to 24m/s, the wind attack angles are mainly negative, and a large velocity amplification factor up to 1.13 occurs. The effect of river diversion and flow around mountains at the junction can lead to a large wind velocity difference on beam.

Y-shaped river junction; terrain influences; gorge; bridge; wind engineering

2015-11-30

國家自然科學(xué)基金資助項目(U1334201,90915006); 交通運輸部建設(shè)科技計劃資助項目(2014318800240)； 四川省青年科技創(chuàng)新研究團隊項目資助(2015TD0004)

李永樂,遆子龍,汪斌,等. 山區(qū)Y形河口附近橋址區(qū)地形風特性數(shù)值模擬研究[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報,2016,51(2): 341-348.

0258-2724(2016)02-0341-08

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.013

U441.2

A