• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载

苏益 李明水 杨阳 段青松

苏益, 李明水, 杨阳, 段青松. 山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170647
引用本文: 苏益, 李明水, 杨阳, 段青松. 山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170647
SU Yi, LI Mingshui, YANG Yang, DUAN Qingsong. Buffeting Response and Equivalent Wind Load of Single Cantilever Corridor Bridge in Mountainous Areas[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170647
Citation: SU Yi, LI Mingshui, YANG Yang, DUAN Qingsong. Buffeting Response and Equivalent Wind Load of Single Cantilever Corridor Bridge in Mountainous Areas[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170647

山区单悬臂廊桥结构抖振响应及等效风荷载

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170647
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51478402)
详细信息
    作者简介:

    苏益(1992—),男,博士研究生,研究方向为桥梁与结构风工程,E-mail: suyi8@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李明水(1966—),男,教授,研究方向为桥梁与结构风工程,E-mail: lms_rcwe@126.com

  • 中图分类号: U448.11

Buffeting Response and Equivalent Wind Load of Single Cantilever Corridor Bridge in Mountainous Areas

  • 摘要: 为研究山区风环境下悬挑式人行桥梁抖振响应及风荷载,以某单悬臂观景廊桥为背景,通过风洞试验对结构的静力三分力系数以及不同风参数下的抖振响应进行了测量,并将结构横桥向最大等效风荷载规范计算值与试验值进行比较. 结果表明:山体地形对结构三分力系数及抖振响应影响较大,二者最大值均未出现在常规风向角;结构抖振响应随风速的增大而增大,受小幅风攻角的影响较小;横向抖振响应受一定程度紊流度变化的影响不敏感,但竖向及扭转响应整体随紊流度的增加呈明显增大趋势,在紊流度增大约40%的情况下二者均增大15%左右;竖向抖振响应随紊流积分尺度的增大(增幅约20%)而增大,增幅在9%左右,但积分尺度对横向抖振响应几乎无影响,对扭转响应的影响随风攻角的不同有较大差异,随着积分尺度的增大,3° 攻角下扭转响应增幅约为8%,0° 攻角其受积分尺度的变化影响较小;相比横桥向最大等效风荷载试验值,利用桥梁规范计算的结果偏于保守,静阵风系数的取值有待修正.

     

  • 图 1  模型风洞试验示意

    Figure 1.  Schematic of model and wind tunnel test

    图 2  风洞试验风向角及风攻角示意

    Figure 2.  Diagram of wind direction and angle of attack

    图 3  三分力系数曲线

    Figure 3.  Curves of aerostatic force coefficients

    图 4  各风场抖振响应变化曲线

    Figure 4.  Structural buffeting responses in different wind fields

    图 5  各抖振响应随紊流度改变的增幅

    Figure 5.  Increments of buffeting responses with the variation of turbulence intensity

    图 6  各抖振响应随紊流积分尺度改变的增幅

    Figure 6.  Increments of buffeting responses with the variation of turbulence integral scale

    表  1  各类风场特性参数

    Table  1.   Characteristic parameters of wind fields

    风场类别 ${U_{\rm{m}}}$/(m•s–1 ${U_{\rm{f}}}$/(m•s–1 ${I_u}$ ${I_w}$ ${L_u}$/m ${L_w}$/m
    风场I 6.87 48.58 0.117 7 0.098 4 1.023 2 0.431 3
    4.65 32.88 0.108 4 0.098 5 0.850 3 0.367 8
    风场II 6.87 48.58 0.069 8 0.052 7 1.082 8 0.452 4
    4.68 33.09 0.068 9 0.051 1 0.939 4 0.417 4
    风场III 6.85 48.44 0.065 0 0.049 9 1.300 2 0.556 5
    4.68 33.09 0.063 1 0.050 1 1.096 0 0.448 8
    下载: 导出CSV

    表  2  紊流度的变化对结构抖振响应的影响

    Table  2.   Effects of variation of turbulence intensity on the structural buffeting responses

    结构抖振响应 $I$对结构抖振响应的影响
    ${\sigma _x}$ 随着 $I$的增大 ${\Delta \sigma_{Ix}}$较小,大体均在5%以内,甚至有些工况响应减小. $I$对 ${\sigma _x}$影响较小
    ${\sigma _y}$ 随着 $I$的增大各风向角响应值均明显增大, + 3° 攻角下整体 ${\Delta \sigma_{Iy}}$最大,各风向角响应 ${\Delta \sigma_{Iy}}$平均达到24.1%左右,0° 攻角 ${\Delta \sigma_{Iy}}$平均约为13.7%,–3° 攻角约为13.6%
    ${\sigma _\theta }$ 随着 $I$的增大各风向角响应值均明显增大,–3° 攻角 ${\Delta \sigma_{I\theta}}$平均约为14.9%,0° 攻角约为14.4%, + 3° 攻角约为17.1%
    下载: 导出CSV

    表  3  紊流积分尺度的变化对结构抖振响应的影响

    Table  3.   Effects of variation of turbulence integral scale on the structural buffeting responses

    结构抖振响应 $L$对结构抖振响应的影响
    ${\sigma _x}$ 所有工况各 ${\Delta \sigma_{Lx}}$不超过 $ \pm $5%, $L$的变化几乎无影响
    ${\sigma _y}$ 随着 $L$的增大各风向角响应值均呈现增大趋势,–3° 攻角各风向角 ${\Delta \sigma_{Ly}}$平均约为10.4%,0° 攻角 ${\Delta \sigma_{Ly}}$平均约为7.8%, + 3° 攻角 ${\Delta \sigma_{Ly}}$平均约为8.8%
    ${\sigma _\theta }$ ± 3° 攻角下,随着 $L$的增大各风向角响应值大体均增大,个别风向角出现减小的情况且减幅较小,除去个别响应值随L减小的工况, + 3° 和 – 3° 攻角下各风向角响应值 ${\Delta \sigma_{L\theta}}$平均分别约为9.4%、7.8%. 在0°攻角下随着 $L$的增大响应没有统一的变化规律,增量有正有负,且 ${\Delta _{L\theta }}$较小, $L$影响较小
    下载: 导出CSV

    表  4  等效风荷载计算结果

    Table  4.   Results of equivalent wind loading

    计算方法 静阵风系数 等效风荷载/N 计算误差值
    《桥规》 1.325 24 361.55 38.5%
    风洞试验 17 582.98
    下载: 导出CSV
  • XIE J, HUNTER M, IRWIN P. Experimental and analytical approaches in wind engineering studies for bridges[R]. Budapest: Responding to Tomorrow’s Challenges in Structural Engineering, 2006
    项海帆. 进入21世纪的桥梁风工程研究[J]. 同济大学学报 (自然科学版),2002,30(5): 529-532

    XIANG Haifan. Study on bridge wind engineering into 21st century[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2002, 30(5): 529-532
    叶征伟. 山区高墩大跨连续刚构桥风环境及风荷载研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2012
    KOSSMANN M, VÖGTLIN R, CORSMEIER U, et al. Aspects of the convective boundary layer structure over complex terrain[J]. Atmospheric Environment, 1998, 32(7): 1323-1348 doi: 10.1016/S1352-2310(97)00271-9
    于舰涵,李明水,廖海黎. 山区地形对桥位风场影响的数值模拟[J]. 西南交通大学学报,2016,51(4): 654-662 doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.04.008

    YU Jianhan, LI Mingshui, LIAO Haili. Numerical simulation of effect of mountainous topography on wind field at bridge site[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2016, 51(4): 654-662 doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.04.008
    王凯,廖海黎,李明水,等. 山区峡谷桥梁设计基准风速的确定方法[J]. 西南交通大学学报,2013,48(1): 29-35 doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.01.005

    WANG Kai, LIAO Haili, LI Mingshui, et al. Determination method for basic design wind speed of mountainous-valley bridge[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2013, 48(1): 29-35 doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.01.005
    徐洪涛. 山区峡谷风特性参数及大跨度桁梁桥风致振动研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2009
    U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards. Turbulent wind effects on tension leg platform surge[S]. Washington D C: Government Printing Office, 1983
    中交公路规划设计院. 公路桥梁抗风设计规范: JTG/TD60-01—2004[S]. 北京: 人民交通出版社, 2004
    KIMURA K, TANAKA H. Bridge buffeting due to wind with yaw angles[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1992, 42(1/2/3): 1309-1320
    ZHU L D, XU Y L. Buffeting response of long-span cable-supported bridges under skew winds, part 1:theory[J]. Journal of Sound & Vibration, 2005, 281(3/4/5): 647-673
    BARNARD R H. Wind loads on cantilevered roof structures[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1981, 8(1): 21-30
    王浩,李爱群,焦常科,等. 桥塔风效应对大跨度悬索桥抖振响应的影响[J]. 振动与冲击,2010,29(8): 103-106 doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2010.08.023

    WANG Hao, LI Aiqun, JIAO Changke, et al. Bridge tower wind effects on buffeting response of long-span suspension bridges[J]. Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(8): 103-106 doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2010.08.023
    庞加斌,葛耀君,陆烨. 大气边界层湍流积分尺度的分析方法[J]. 同济大学学报 (自然科学版),2002,30(5): 529-532

    PANG Jiabin, GE Yaojun, LU Ye. Methods for analysis of turbulence integral length in atmospheric boundary-layer[J]. Journal of Tongji University (Natural science), 2002, 30(5): 529-532
    公路桥梁抗风设计指南编写组. 公路桥梁抗风设计指南[M]. 北京: 人民交通出版社, 1996: 24
  • 加载中
图(6) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  495
  • HTML全文浏览量:  230
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-30
  • 修回日期:  2018-05-31
  • 网络出版日期:  2018-12-22
  • 刊出日期:  2019-02-01

目录

    /

    返回文章
    返回