前言

山区峡谷地形较为常见，其地形复杂多变，现有相关规范和文献对山区风特性及其成因的研究较少。本书以两个典型的深切峡谷桥址区地形为工程背景，采用现场实测和数值模拟相结合的研究方法，对峡谷地形桥址区的风特性进行了深入、系统的研究。

首先，采用MFAS型相控阵声雷达（SODAR）风廓线仪和CAWS600-RT型四要素自动气象站对大桥桥址区风特性进行了现场实测，分析了桥位处的平均风速、阵风系数、风攻角、风剖面等风特性。研究结果表明，桥位处的阵风系数和地表粗糙度系数均比相关规范中常规平原地区的推荐值要大。桥面设计高度处的风攻角以负攻角为主，其数值也比相关规范中常规平原地区的要大，风攻角的散布范围和绝对值大小均随着高度的增加呈现减小的趋势。大桥位于高海拔高温差深切峡谷内，桥址区几乎每天下午起风，其平均风速往往达到10.0 m/s。根据统计情况，桥位处的大风可分为两类：一类是受大尺度大气环流影响的大风降温过程；另一类是受小尺度范围内热力驱动而产生日常大风的过程。

其次，为探讨高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风的成因，采用四要素自动气象站、手持风速仪和便携式温度计对大桥桥址区风特性进行实测，分析了桥位处的平均风速与温度、日照及地形地貌等的相关性。结果表明，受热力驱动的小尺度局部大风基本上每天都存在，但风速不大，桥位处的设计风速仍受大范围的大气环流控制。小尺度的日常大风还受局部地形及随时间变化日照的影响，桥位处日常大风出现的概率较高，尽管不控制桥梁的设计基准风速，但影响桥梁的耐久性和行车舒适性。

再次，为研究高海拔高温差深切峡谷桥址区在热力效应作用下的风特性变化规律，在FLUENT中通过添加动量源项的方式实现了自然对流的模拟，并对模拟结果的正确性进行了验证。以位于四川西部深切峡谷区的某大桥为工程背景，结合桥址区现场实测的温度变化规律，采用FLUENT对考虑热力效应的桥址区风特性进行了数值模拟研究，讨论了不同热力因素对桥址区地表风特性的影响，分析了不同来流风速和热力效应联合作用下桥址区的风特性。分析结果表明，当来流风速为0.0 m/s时，热力效应引起的桥址区竖向最大风速为3.0 m/s，水平风速为6.4 m/s；当来流风速大于5.0 m/s时，热力效应的影响已不明显，此时桥址区的风场主要受来流风速、来流风向和局部地形的影响。考虑热力效应后，桥址区的地表温度分布显著不均匀，与不考虑热力效应时的计算结果差异明显。

最后，以计算流体力学软件FLEUNT为平台，采用有限体积法对计算域进行离散，基于k-ω湍流模型对桥塔附近的风特性进行研究，分析了不同来流风速及不同来流风向下桥塔附近风观测点的风速及风向变化规律，给出了相应的风速修正函数和风向角修正函数。研究结果表明，桥塔对测量结果的影响较大，塔上风传感器的安装位置应经过优化确定；风传感器位于迎风侧时风速比值在0.45~1.30波动，位于背风侧时风速比值在0.05~1.25波动；风速仪较优的安装位置为离塔1.0倍特征尺寸以上且与来流方向的夹角为±（45.0°~56.5°）的区间内。基于优化后的安装位置在塔上和猫道上分别安装了风传感器，以现场实测数据为基础，对V形峡谷桥址区的风特性进行了分析，分别给出了桥址区低空和高空风参数的取值。

本书综合应用现场实测与数值模拟的研究手段，详细研究了复杂地形地貌桥址区的风特性，研究成果可为大跨度桥梁结构的风荷载设计提供依据。

著　者

2021年2月