风雨联合作用下大跨桥梁颤振稳定性试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁颤振稳定性,以一开槽双箱梁桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成基于自由振动法的节段模型颤振试验。通过分析不同雨强下该桥梁主梁的颤振导数以及颤振临界风速,进而获取降雨对大跨桥梁颤振稳定性的影响规律。试验结果显示:颤振导数随雨强变化而变化,其中体现扭转气动阻尼特性的颤振导数变化较为显著,随雨强增大,颤振临界风速先增大后减小。试验结果表明:降雨对大跨桥梁的颤振导数以及颤振临界风速均有一定影响。     

桥梁主梁风雨致静力试验研究

利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,在不同风速和雨强组合作用下进行节段模型的静力三分力试验.通过分析不同雨强下节段模型的静力三分力系数,获取桥梁主梁断面在风雨联合作用下的静力特性.试验表明:随着雨强的增大,节段模型阻力系数增大,升力系数稍有变化,而扭矩系数基本不变,并进一步分析系数变化原因.     

风雨耦合作用下桥梁主梁静力三分力系数研究

针对风雨耦合作用下桥梁主梁的静力三分力变化问题,首先对降雨特性做了简要介绍,然后对降雨引起的空气密度改变、降雨对结构的冲击力及简化计算模型、结构表面积水厚度进行了分析。最后以4类典型主梁断面为例,进行了不同雨强下节段模型静力三分力测试。结果表明:降雨引起空气密度改变很小,即使雨强达到300 mm·h^-1,改变量不超过1%;雨强达到上述超强暴雨时,结构竖向冲击力仅为0.67 Pa,同样雨强且风速为50 m·s^-1时,水平冲击力约为100 Pa,占同等风速下纯风作用力的6.5%,而且其随风速的增长率要远小于风作用力的增长率;随着雨强的增大,主梁升力系数明显减小,小风时可达到无雨时的数倍,扭矩系数无规律变化,阻力系数有所增大但比例十分有限;随着风速增大,降雨的影响会相对弱化;试验结果验证了通过质量加权平均简化后的雨滴冲击力计算公式的正确性。     

输电塔线体系风雨荷载计算理论及耦合失效评估研究进展

我国沿海地区台风登陆频繁，现有台风致输电线路失效案例中，大部分原因归结于强风的影响，而涉及雨荷载影响的研究不足。为此，系统总结了国内外研究团队在风雨耦合效应领域的研究进展，包括根据风速和降雨实测数据，提出了不同时间分辨率的降雨强度转换模型，进而建立了风速-降雨强度联合概率分布模型，揭示了风速和降雨强度的耦联关系；基于拉格朗日粒子运动方程，揭示了单雨滴运动状态演变机制，提出了风雨速度比概念，明晰了雨滴水平速度大于相应位置处风速的发生机理；从雨荷载的作用机理出发，总结了两类雨荷载作用模型，即碰撞力模型和气动力模型，并详细介绍了计算方法及风洞试验验证；建立了风雨耦合作用下输电线路易损性及失效概率计算方法。现有研究表明：工程结构的倒塌破坏往往发生在几分钟甚至几十秒内，在计算风雨耦合效应时，应考虑短时距的瞬时降雨强度；考虑风雨耦合多灾害作用时，工程结构的失效概率显著高于风荷载单独作用情况；不同地区具有显著的气候差别，应根据当地的实测气象资料建立风雨联合概率分布模型加以分析。     

高精度风雨模拟环境下拉索风雨激振试验研究新发现

拉索风雨激振是一种在风雨共同作用下发生的拉索大幅低频振动,现有人工降雨风雨激振试验无法准确模拟自然降雨的多种特性,难于实时再现风雨介质耦合环境拉索气动失稳现象。开发高精度人工降雨模拟装置,可对降雨强度进行精细连续调节,较为准确模拟雨滴大小、能量、均匀度等自然降雨的特性,合理地再现风雨联合作用条件下拉索风雨激振过程;系统研究风速、雨量以及风雨联合作用对拉索风雨激振的影响,揭示了拉索在低风速大雨量、高风速小雨量时,风雨激振发生规律和特点。     

基于多相流理论的风雨共同作用下鞍形膜结构响应分析

膜结构重量轻、跨度大、自振频率低,对风敏感,因此膜结构抗风设计是一个必须考虑的因素。但在实际中,大风暴雨往往相携而来,仅考虑风荷载对设计已经不足,由此而出现的事故也有发生,因此风雨共同作用下膜结构的设计成为一个现实问题。以此为背景研究风雨共同作用下鞍形膜结构的响应,基于多相流理论的欧拉-欧拉模型,考虑降雨强度、雨滴直径、体积分数和末速度等对风荷载的影响,取4种风向角,3种不同降雨强度和3种不同风速,对比风速变化、雨强变化等对鞍形膜结构响应的影响。结果表明:风雨共同作用时鞍形膜结构位移、应力显著增加;45°风向角下结构稳定性较差。     

风雨耦合作用下桥梁主梁涡振节段模型试验

针对风雨耦合作用下桥梁主梁的涡激振动问题,首先从降雨特性及其对结构的作用入手,考虑雨滴冲击和降雨引起的结构表面积水,探讨了对应模型与原型雨强相似比,并依据主梁振动和降雨设备的特点对相似关系作了适当简化,然后以4类典型主梁断面为例,实现了不同雨强和攻角下的节段模型动力特性与涡激振动试验。结果表明:随着雨强增大,结构振动频率有所降低,而阻尼比有所增加,试验雨强为120 mm·h-¹时,频率降低1.5%~3.5%,阻尼比增加了0.05%~0.15%,考虑雨强相似比后实际降雨对频率的影响可忽略,对阻尼比的影响也相当小;涡振的起始和结束风速以及区间数目基本不随雨强的变化而变化,但有雨时的振幅比无雨时小,试验雨强较大时,振幅减小明显,考虑雨强相似比后试验雨强120 mm·h^-1的原型值均超过615 mm·h^-1左右的中国雨强极值,其对涡振响应的影响非常有限。     

风雨荷载下输电塔体系的动力响应分析

通过数值模拟输电塔体系，利用谐波叠加法和Kaimal谱，完成了脉动风速时程的模拟和雨荷载模拟，最后利用ansys在时域内分析输电塔风雨荷载作用下的动力响应规律。分析表明：脉动风和降雨对输电塔体系位移响应都有明显影响，且脉动雨工况较平均雨工况下对位移响应量更加明显。     

斜拉桥拉索风雨激振参数联合概率分布模型

为了研究拉索风雨激振特征,在洞庭湖大桥建立了现场观测系统并开展了长期观测,得到了拉索风雨激振主要影响参数--风速、雨量、风向的一维边缘分布模型。采用Archimedean Copula函数建立了风速-雨量、风速-风向、雨量-风向的二维联合概率分布模型,及风速、风向和雨量三维联合分布模型,根据拟合优度评价指标确定了各联合概率分布的分布函数和参数值。综合风雨激振发生的风速、雨量、风向的一维边缘分布、二维联合分布及三维联合分布,得到了风雨激振发生的三维联合不超越概率和三维联合超越概率模型。该模型可以计算三维超越/不超越联合概率、联合条件概率以及不同组合条件下的概率密度,评价各种风、雨条件下拉索风雨激振的发生概率。     

建筑(群)立面风驱雨压荷载的数值模拟研究

雨滴受风驱动斜向飘落形成风驱雨(WDR),雨滴撞击建筑墙面将产生雨压荷载。考虑极端气候降雨频繁出现及其对建筑影响的加剧,有必要开展WDR雨压荷载的研究。基于欧拉-欧拉多相流模型,以雨滴谱及雨滴降落末速度拟合的雨相体积分数,以及依据力平衡条件确定的雨滴速度作为雨相入口边界,采用Realizable k-ε湍流模型封闭求解N-S方程,利用此WDR模拟新方法对单体多、高层建筑及特定群体建筑WDR场进行模拟,分析掌握迎风面WDR雨压分布特性及其受风速、雨强影响的规律与特点,通过比较迎风面最大WDR雨压与相应纯风压的量值,揭示单体与群体建筑WDR雨压荷载的作用程度。结果表明,设计工程结构尤其是覆面结构时,应考虑极端气候下WDR雨压所引起的荷载作用。     

土楼夯土在模拟风雨环境下的风洞侵蚀试验研究

福建土楼作为世界文化遗产,宏大的夯土墙体显出土楼的建筑特色,但这种生土结构易受雨水侵蚀,闽西南地处亚热带温湿海洋气候,雨量充足,台风频发,长期风雨侵蚀严重影响土楼的安全性和耐久性.从永定县非世遗客家民居土楼割取原始夯土块,进行了风驱雨模拟环境下的风洞侵蚀试验研究,研究表明:夯土侵蚀受风速和雨强影响,其侵蚀量随风速与雨强的增加而增加,而风速增加产生的夯土侵蚀量明显大于雨强增加产生的侵蚀量,结合当地风雨气象资料,可计算福建土楼的风雨侵蚀寿命,为土楼保护提供理论依据,具有较强的应用价值.     

风驱雨作用下桥梁主梁颤振节段模型试验研究

针对风驱雨作用下桥梁主梁的颤振问题,依据风驱雨作用和主梁振动特点,给出了分别考虑雨滴冲击和表面积水后的降雨相似关系,并探讨了其选取原则。选取大跨度桥梁较常采用的典型断面,通过节段模型试验模拟了风驱雨对主梁断面的颤振导数和颤振发生过程的影响。试验结果表明:主梁断面的颤振气动导数随雨强的变化无明显规律,各导数的变化量值相当,随风速增加,降雨引起的导数变化有所加大,但基本没有改变其随风速变化的整体趋势,试验雨强120mm/h时,模型颤振临界风速会有20%～30%左右的提高,但考虑雨强相似比后可以认为降雨对桥梁主梁的风致颤振失稳特征的影响基本可以忽略。     

城市固体废弃物路堑边坡坡面冲刷试验研究

利用室内模型试验手段，研究了在3种降雨强度作用下城市固体废弃物路堑边坡在无植被防护与有植被防护条件下坡面冲刷的变化规律，并应用侵蚀模数的概念来评价坡面的抗侵蚀能力。研究表明，随着护坡植被的生长，坡面的抗侵蚀能力逐渐提高，约在种植2个月后，侵蚀模数降为0，基本没有冲刷流失现象。     

A look at driving rain intensities at five cities

In this article, maximum hourly driving rain intensities calculated from hourly wind and rainfall data for five cities, three in Great Britain and two in Norway, are examined and comparisons are made with average annual driving rain values, also from hourly wind and rainfall data. The results show that the maximum observed driving rain intensities versus wall angle are quite different from angular distributions of annual driving rain both at and between the stations. For driving rain intensity expressed as the average number of exceedances of a threshold intensity value versus wall angle, on the other hand, results are qualitatively and quantitatively very similar to angular distributions of annual driving rain. This suggests that average annual driving rain might be useful as a surrogate measure of driving rain intensity in situations where relative risk of repeated rain penetration of doors, windows and other openings in building facades is of interest but long series of hourly wind and rain data are not available.     

A look at driving rain spells at three cities in Great Britain

In this article, driving rain spell amounts are calculated from hourly wind and rainfall data for three cities in Great Britain, and comparisons are made with average annual driving rain values, also from hourly wind and rainfall data. The results show that the maximum observed driving rain spell intensities versus wall angles are qualitatively similar to angular distributions of annual driving rain both at and between the stations. For driving rain spell intensity expressed as the average number of exceedances of a threshold spell intensity value versus wall angle, results are both qualitatively and quantitatively very similar to angular distributions of annual driving rain. This suggests that average annual driving rain might be useful as a proxy measure of spell driving rain intensity in situations where relative risk of repeated penetration of masonry walls in building facades is of interest but quantitative spell data are not available.     

不同降雨强度下LID改造对径流量的削减效果

以重庆市海绵城市建设试点区域秀山县为研究对象,通过实时监测传统片区和低影响开发(LID)片区的降雨径流数据,探析LID片区在不同降雨强度下对径流量的削减效果。结果表明,经LID改造后,地面透水性增大,所容纳的雨水量增加,与传统开发模式相比,中雨条件下对径流总量和峰值的削减率分别可达到80. 4%和56. 0%;LID措施的蓄水容积有限,不同降雨条件下对径流总量和峰值的削减程度不同,削减程度排序为:中雨(80. 4%、56. 0%)>大雨(69. 4%、64. 4%)>暴雨(56. 1%、60. 8%),而且随着降雨等级的增大,LID片区的径流产生时间和峰现时间的滞后效果减弱,在暴雨条件下与传统片区无明显差别;LID片区是否产生径流以及产生多大的径流,主要由降雨强度决定,而与降雨量关系不大,在本研究中,当降雨强度> 0. 2 mm/min时才会产生径流,且降雨强度越大,径流量就越大。