雷 旭，陳政清，華旭剛，牛華偉，何宏明，聶 銘，謝文平

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.湖南大學(xué) 風(fēng)工程試驗(yàn)研究中心，湖南 長沙 410082)

0引 言

隨著橋梁跨度的不斷增大，主梁漸趨輕柔化，極端風(fēng)氣候下的主梁靜風(fēng)失穩(wěn)問題將更為突出。目前，純風(fēng)作用下引起主梁失穩(wěn)的靜力三分力研究已相對(duì)成熟[1]，但實(shí)際工程中大風(fēng)一般伴隨著降雨，結(jié)構(gòu)將另外受到降雨的作用和影響，其必須引起重視。近些年已有研究者對(duì)風(fēng)雨耦合作用下的結(jié)構(gòu)靜力三分力系數(shù)變化進(jìn)行了有益探索，Cao等[2-3]為了研究降雨對(duì)飛機(jī)失速的影響，通過理論分析、數(shù)值模擬以及風(fēng)洞試驗(yàn)等探討了強(qiáng)降雨對(duì)飛機(jī)降落前的附加作用，指出降雨會(huì)明顯降低飛機(jī)的升力，增大其阻力。Blocken等[4-5]詳細(xì)歸納了風(fēng)驅(qū)雨對(duì)建筑結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面作用的研究現(xiàn)狀，給出了風(fēng)驅(qū)雨強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，指出降雨條件下建筑迎風(fēng)面壓力相比無雨時(shí)明顯增大，并給出了壓力分布規(guī)律。吳小平等[6-7]分別對(duì)低矮房屋和輸電塔線體系的風(fēng)驅(qū)雨靜力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明雨強(qiáng)超過200 mm·h-1時(shí)，建筑風(fēng)雨荷載相比無雨時(shí)增加了30%以上，輸電塔結(jié)構(gòu)相比無雨時(shí)的水平位移增大量超過15%。橋梁主梁斷面形狀與飛機(jī)機(jī)翼差異較大，而且其與建筑結(jié)構(gòu)不同，不能僅考慮迎風(fēng)面阻力，風(fēng)雨耦合對(duì)于橋梁主梁三分力的影響目前還少有研究[8-12]。本文從降雨特性入手，通過理論和試驗(yàn)分析，研究了風(fēng)雨耦合對(duì)于橋梁主梁三分力系數(shù)的影響，從而為大跨橋梁主梁抗風(fēng)精細(xì)化分析提供一定的參考。

1降雨特性概述

目前一般認(rèn)為自然界雨滴為球形且雨滴譜服從M-P分布[13]，基于這一模型，單位體積內(nèi)直徑為D的雨滴數(shù)N(D)為

N(D)=N0e-λD

(1)

式中：N0為濃度參數(shù)，N0=8 000；λ為尺度參數(shù)，λ=4.1I-0.21，I為豎向雨強(qiáng)。

因此，單位體積空氣的含水量WL計(jì)算公式為

(2)

式中：ρr為水的密度。

直徑為D的雨滴下落的豎向速度和水平速度可以按下式計(jì)算[14]

vr(D)=9.58[1-exp(-(D/1.77)1.147)]

(3)

ur(D)=κU

(4)

式中：vr(D)，ur(D)分別為D粒徑雨滴的豎向速度和水平速度；U為結(jié)構(gòu)物處的風(fēng)速；κ為雨滴水平速度修正系數(shù)[15]。

2降雨對(duì)結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)影響理論分析

降雨對(duì)結(jié)構(gòu)的作用體現(xiàn)在改變空氣密度、對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊以及表面積水3個(gè)方面。

2.1降雨對(duì)空氣密度的影響

假設(shè)空氣密度為1.225 kg·m-3,并認(rèn)為雨滴均勻分布于空氣中，依據(jù)式(2)可得到不同雨強(qiáng)時(shí)單位體積空氣含水量，以及相比無雨時(shí)雨滴彌散引起的空氣密度增大率，如圖1所示。

從圖1可以看出，即使雨強(qiáng)達(dá)到300 mm·h-1，雨滴彌散引起的空氣密度增大率也僅為0.87%，因此可以認(rèn)為降雨對(duì)空氣密度的改變忽略不計(jì)。

2.2雨滴沖擊力分析及簡化計(jì)算模型

雨滴沖擊作用相當(dāng)復(fù)雜，難以精確計(jì)算，一般假設(shè)雨滴與結(jié)構(gòu)接觸后不發(fā)生濺射和分離，而且最終速度完全和結(jié)構(gòu)物本身速度一致。單個(gè)雨滴沖擊作用見圖2，其中vrs為雨滴沖擊合速度，A為單個(gè)雨滴作用面積，t為作用時(shí)間，t0為等效作用時(shí)間。假設(shè)沖擊力隨時(shí)間按正(余)弦規(guī)律變化，按照沖量相等原則將作用時(shí)間t等效為以最大沖擊力為作用力的等效作用時(shí)間t0，按照動(dòng)量定理可得到單個(gè)雨滴沖擊力Fr計(jì)算公式，即

(5)

式中：mr為雨滴質(zhì)量。

若要使如圖2(b)所示的正弦波面積和矩形面積(幅值為Fr)相等，則

(6)

式中：τ為雨滴沖擊過程的積分時(shí)間變量。

將式(6)代入式(5)中并結(jié)合t=D/vrs(近似假設(shè)從接觸結(jié)構(gòu)至完全散開歷經(jīng)路程為直徑D，因雨滴粒徑一般不超過5 mm，此過程極短，可認(rèn)為其保持勻速vrs，故得t=D/vrs)，單個(gè)雨滴的沖擊力Fr為

(7)

假設(shè)單個(gè)雨滴的作用面積A=0.25πD2，雨滴在單位體積空氣中的體積占有率α=1/6πD3n(n為單位體積空氣中直徑為D的雨滴數(shù)量)，雨滴速度和雨滴粒徑的關(guān)系按公式(3)計(jì)算，其中水平速度對(duì)風(fēng)速的修正系數(shù)按文獻(xiàn)[15]中的最不利情況取值(κ=1.9)，那么可以得到落到結(jié)構(gòu)單位表面積上的雨滴沖擊力FrA為

(8)

式中：D2，D1分別為積分選取的雨滴粒徑上、下限。

運(yùn)用公式(8)可計(jì)算結(jié)構(gòu)表面單位面積的雨滴沖擊力隨雨強(qiáng)和風(fēng)速的變化，如圖3所示。通過對(duì)圖3中雨滴沖擊力的分析發(fā)現(xiàn)：即使雨強(qiáng)達(dá)到超強(qiáng)暴雨時(shí)(300 mm·h-1)，其單位面積的豎向沖擊力僅為0.67 Pa，幾乎可忽略；對(duì)于結(jié)構(gòu)單位面積的雨滴水平(順風(fēng)向)沖擊力，當(dāng)雨強(qiáng)為300 mm·h-1且風(fēng)速為50 m·s-1時(shí)，其值約為100 Pa，只占同等風(fēng)速下純風(fēng)作用力的6.5%，沖擊力隨風(fēng)速增加而增長的速率要遠(yuǎn)小于純風(fēng)作用。

上述理論公式運(yùn)算復(fù)雜，不便于工程分析，可以按照單位體積空氣含水量和雨滴沖擊力一致的原則將其等效為單一粒徑(等效雨滴粒徑)，等效原則表述為

(9)

式中：n0,D0,vrs0分別為單位體積空氣等效雨滴數(shù)量、等效粒徑和與其對(duì)應(yīng)的等效速度。

上述方程組無顯式解，運(yùn)算復(fù)雜，也不便于工程分析，實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用高階矩等效方法，即

(10)

式(10)代表雨滴粒徑的n+1階等效。目前一般采用4階矩等效方法(質(zhì)量加權(quán)平均法)來計(jì)算等效雨滴粒徑D0，根據(jù)含水量一致的原則計(jì)算單位體積空氣等效雨滴數(shù)量n0，即

(11)

(12)

積分限取0～+∞，由mr(D)=ρrπD3/6得到按雨滴質(zhì)量加權(quán)平均的等效粒徑為

(13)

根據(jù)等效雨滴粒徑和雨滴數(shù)量，可以得到結(jié)構(gòu)表面單位面積的雨滴豎向沖擊力FrAv為

(14)

式中：vr0為質(zhì)量加權(quán)等效后的雨滴豎向速度。

計(jì)算水平?jīng)_擊力FrAu時(shí)，用水平速度ur0替代式(14)中的vr0即可。

得出等效雨滴粒徑后，依據(jù)動(dòng)量定理也可計(jì)算結(jié)構(gòu)表面單位面積的雨滴豎向沖擊力，即

(15)

同理，用水平速度ur0替代vr0即可得FrAu。

式(15)計(jì)算結(jié)果比式(14)略微要小，其原因是式(14)將雨滴沖擊看成連續(xù)作用，因此對(duì)時(shí)間估計(jì)略微偏大，圖4給出了按照質(zhì)量加權(quán)平均法得到的等效雨滴粒徑和雨滴數(shù)量與雨強(qiáng)的關(guān)系。

值得注意的是由各階矩等效雨滴的計(jì)算方式并結(jié)合公式(12)，(14)，(15)可知：nD3為常量，隨著階次的提高，等效雨滴的粒徑增加，其豎向沖擊速度增加從而使得等效的單位面積豎向沖擊力增大，而水平速度僅與風(fēng)速相關(guān)，因此其沖擊力不因等效階次的變化而發(fā)生改變。

圖5給出了等效雨滴沖擊力計(jì)算公式(14)，(15)以及理論積分計(jì)算公式(8)的對(duì)比結(jié)果。由圖5可知：就雨滴豎向沖擊力而言，相比3階和5階矩等效方法，4階矩等效(質(zhì)量加權(quán)平均)簡化模型在偏保守的前提下與理論值更加吻合。質(zhì)量加權(quán)等效方法得到的豎向和水平?jīng)_擊力相比理論值最大相對(duì)誤差僅分別為8%和-4%左右，其估算精度相對(duì)較高，由此證明上述等效方法是合理可行的。

基于質(zhì)量加權(quán)的雨滴粒徑等效方法，進(jìn)一步分析風(fēng)雨耦合作用下主梁斷面雨滴沖擊力。以矩形斷面為例，風(fēng)雨耦合作用下雨滴作用于結(jié)構(gòu)物如圖6所示。

圖6中的Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別為上迎風(fēng)面和側(cè)迎風(fēng)面。假定等效雨滴粒徑為D0，其單位體積內(nèi)的等效雨滴數(shù)為n0，則在時(shí)間τ內(nèi)，落在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)粒徑為D0的雨滴數(shù)量N為

N=(LHur0+LBvr0)τn0

(16)

式中：L,B,H分別為矩形的長度、寬度和高度。

雨滴的豎向動(dòng)量Prv為

(17)

用水平速度ur0替代式(17)中vr0即可得水平動(dòng)量Pru。應(yīng)用動(dòng)量定理，在時(shí)間τ內(nèi)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的雨滴總動(dòng)量等于平均荷載的沖量，即可得雨滴豎向沖量表達(dá)式為

(LHur0+LBvr0)WLτvr0

(18)

將式(18)兩邊消去τ，則可得升力Frv為

Frv=(LHur0+LBvr0)WLvr0

(19)

將式(18)中括號(hào)外的豎向速度vr0用水平速度ur0替代即可獲得相應(yīng)的阻力Fru表達(dá)式。

2.3結(jié)構(gòu)物表面積水模型

降雨打擊在結(jié)構(gòu)表面會(huì)形成復(fù)雜的產(chǎn)匯流現(xiàn)象，如圖7(a)所示。

雨水經(jīng)過蒸發(fā)、濺射和下滲后的剩余部分會(huì)在結(jié)構(gòu)表面形成徑流，其為一種高度非線性且時(shí)空分布不均勻的過程，結(jié)構(gòu)表面的淺層徑流受雨強(qiáng)、坡面長度和坡度、徑流地形、雨滴打擊、結(jié)構(gòu)粗糙度等因素影響，難以估算準(zhǔn)確。對(duì)于橋梁主梁，若不考慮其附屬構(gòu)件對(duì)水流的阻礙，可作為單寬一維自由排水?dāng)嗝鎇16]，即坡度不變，沿長度方向的排水狀態(tài)一致且水流從坡角無阻礙自由流出，如圖7(b)所示。因水的表面張力有限，坡面上的積水不會(huì)無限增長，如圖7(c)所示。季天劍[16]通過試驗(yàn)和理論分析得到了路面單寬一維自由排水?dāng)嗝娴姆e水厚度回歸公式(20)，即

Hr=0.125 8l0.671 5S-0.314 7I0.778 6TD0.726 1

(20)

式中：Hr為水膜厚度；l為坡面排水長度；S為坡度，路面坡度一般為2%左右；TD為坡面構(gòu)造深度，對(duì)于公路路面一般取為0.1 mm。

式(20)為目前與實(shí)際吻合較好的估算公式。由式(20)可知：Hr隨l，I，TD的增大而增大，隨S的增大而減小。假設(shè)橫坡坡度取2%，雨強(qiáng)達(dá)到300 mm·h-1，排水長度為50 m，構(gòu)造深度取1 mm，在這種極端情況時(shí)，水膜厚度僅為20 mm左右，其與3～4 m的主梁高度相比不足0.6%，而且雨水的高流動(dòng)低黏性決定了其厚度不能無限增大，故雨膜對(duì)實(shí)際主梁外形影響可忽略。對(duì)于排水設(shè)施復(fù)雜或者雍水嚴(yán)重的主梁表面水膜厚度須根據(jù)實(shí)際情況予以特殊考慮。

2.4降雨對(duì)主梁風(fēng)致靜力三分力的影響

對(duì)于有諸多附屬設(shè)施的主梁斷面，須在公式(18)中以修正系數(shù)方式考慮其影響，另外表面積水引起的附加豎向力也須加以考慮。風(fēng)雨耦合靜力作用如圖8所示，其中Frm為積水重力。

由圖8及前文推導(dǎo)可得降雨引起的風(fēng)軸坐標(biāo)系下的阻力Fru的表達(dá)式為

Fru=L(μHHur0+μBBvr0)WLur0

(21)

式中：μH為阻力面積修正系數(shù)，其值可近似取為所有附屬設(shè)施和主梁主體斷面在風(fēng)軸坐標(biāo)系下豎向投影之和與主體斷面在風(fēng)軸坐標(biāo)系下豎向投影之和的比值；μB為升力面積修正系數(shù)，其值可近似取為所有附屬設(shè)施和主梁主體斷面在風(fēng)軸坐標(biāo)系下水平投影之和與主體斷面在風(fēng)軸坐標(biāo)系下水平投影之和的比值。

對(duì)于單寬一維自由排水的主梁斷面，降雨引起的風(fēng)軸坐標(biāo)系下的升力Frv表示為

Frv=L(μHur0+μBBvr0)WLvr0+

(22)

式中：n′為主梁表面的單寬自由排水?dāng)嗝鏀?shù)；g為重力加速度；Hrk，Lk，Bk分別為第k個(gè)主梁受雨坡面的積水厚度、跨長和坡面寬度。

假設(shè)物體的質(zhì)心在幾何中心位置，因此降雨引起的附加扭矩MrTθ為

(23)

式中：x,y為積分變量。

由于扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成降雨在結(jié)構(gòu)表面作用的復(fù)雜變化，因此難以計(jì)算其影響。

為考察降雨對(duì)主梁斷面的作用，以某一自由排水的矩形斷面為研究對(duì)象(圖9)，以斷面中軸線為界，分為左右2個(gè)完全一致的單寬自由排水?dāng)嗝?。雨滴水平速度修正系?shù)κ取極端值(κ=1.9)，路面構(gòu)造深度TD取為0.1 mm，積水厚度按照公式(20)計(jì)算，阻力系數(shù)CD取為0.8，升力系數(shù)CL取為0.1。

單位跨度主梁斷面因降雨附加的阻力和升力計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

定義降雨引起的阻力(升力)和無雨時(shí)的風(fēng)致阻力(升力)比值γrau(γrav)為

(24)

(25)

式中：Fau為風(fēng)致阻力；Fav為風(fēng)致升力；ρa(bǔ)為來流密度。

由圖10可知：當(dāng)風(fēng)速達(dá)到50 m·s-1，雨強(qiáng)為300 mm·h-1時(shí)，單位橋跨的水平作用力為572 N。對(duì)于豎向作用力，豎向作用力隨風(fēng)速增長變化很小，當(dāng)雨強(qiáng)為300 mm·h-1，風(fēng)速從0 m·s-1變到50 m·s-1時(shí)，豎向作用力變化率僅為5%左右，主要是因?yàn)橛甑呜Q向速度不隨風(fēng)速改變所致，當(dāng)風(fēng)速為50 m·s-1且雨強(qiáng)為300 mm·h-1時(shí)，單位橋跨豎向作用力為573 N，量級(jí)和水平?jīng)_擊力相當(dāng)，表明積水重量影響很大，但其與橋跨恒載值相比可忽略。

γrau，γrav計(jì)算結(jié)果如圖11所示。由圖11可知：γrau隨雨強(qiáng)的增大而增大，但隨風(fēng)速的增大而減小，隨著風(fēng)速的增大，降雨的水平作用力與風(fēng)致作用力相比會(huì)弱化。當(dāng)風(fēng)速為10 m·s-1且降雨達(dá)到300 mm·h-1時(shí)，降雨水平作用力會(huì)達(dá)到風(fēng)致作用力的40%左右，但風(fēng)速達(dá)到50 m·s-1時(shí)，雨強(qiáng)即使達(dá)到300 mm·h-1，其占風(fēng)致作用力的比重不超過15%。對(duì)于豎向作用力，γrav值同樣會(huì)隨雨強(qiáng)的增大而增大，且隨風(fēng)速的增大而減小，其作用力要比水平力變化更加明顯，譬如當(dāng)雨強(qiáng)為300 mm·h-1且風(fēng)速為10 m·s-1時(shí)，其可為風(fēng)致作用力的6.4倍，這是因?yàn)橹髁荷σ话阆啾茸枇σ?，而且降雨在結(jié)構(gòu)表面的積水也增加了附加作用力。隨風(fēng)速的增大，豎向作用力比重迅速減小，主要因?yàn)橛甑呜Q向速度和積水不隨風(fēng)速變化，風(fēng)速加大后比重自然下降。

3風(fēng)雨耦合作用下的靜力三分力試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)概況

試驗(yàn)在湖南大學(xué)HD-2風(fēng)洞中的低速射流段進(jìn)行，風(fēng)洞射流處風(fēng)速超過5 m·s-1以后，紊流度小于6%。降雨裝置采用西安清遠(yuǎn)測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的QYJY-501型人工模擬降雨器，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)雨強(qiáng)的實(shí)時(shí)反饋控制，采用帶壓力垂直下噴式模擬降雨過程，雨強(qiáng)調(diào)控范圍大，均勻度良好，所噴雨滴中值粒徑、降雨動(dòng)能與天然降雨十分接近，試驗(yàn)平臺(tái)如圖12所示。

試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x取了4種典型的橋梁斷面，模型斷面構(gòu)造和尺寸如圖13所示。模型長度為1 540 mm，圖13(a)，(b)斷面橫坡坡度為0%，圖13(c)，(d)斷面為雙向坡度，橫坡坡度為2%。試驗(yàn)風(fēng)速為7.3 m·s-1,風(fēng)攻角為0°，3°，-3°,試驗(yàn)雨強(qiáng)分別為0，30，60，120 mm·h-1，組成交叉試驗(yàn)工況測試風(fēng)軸坐標(biāo)系下的三分力系數(shù)。

風(fēng)雨耦合作用測力裝置如圖14所示。測量豎向力和扭矩時(shí)，將5#和6#測力傳感器與結(jié)構(gòu)脫離，1#～4#傳感器通過剛性連接桿與模型相連而承受豎向力，測量水平力時(shí)，將1#～4#傳感器與剛性吊桿的接觸部分由固接改為鉸接(可順來流方向轉(zhuǎn)動(dòng))，從而可以避免產(chǎn)生水平約束而引起水平力，使模型受到的水平力全部由5#和6#傳感器承受。利用此套裝置得到三分力計(jì)算公式[式(26)]，力的方向根據(jù)試驗(yàn)需要可自行規(guī)定。

(26)

式中：fi(i=1,2,…,6)為傳感器所測數(shù)據(jù)；D′為模型寬度；FL，MT，F(xiàn)D分別為升力、扭矩和阻力。

3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

斷面在不同攻角和雨強(qiáng)下的三分力系數(shù)變化如圖15所示。試驗(yàn)結(jié)果表明升力系數(shù)隨著雨強(qiáng)增大會(huì)明顯減小，最大減小量可達(dá)到無雨時(shí)的數(shù)倍，扭矩系數(shù)無明顯變化規(guī)律，阻力系數(shù)隨著雨強(qiáng)的增大會(huì)有所增大，但增大量不如升力系數(shù)明顯，增大幅度小于18%。主要原因是升力系數(shù)除受雨滴沖擊力之外，還有表面積水附加重力對(duì)其影響，風(fēng)軸坐標(biāo)下的阻力系數(shù)則與表面積水無關(guān)。無雨時(shí)阻力系數(shù)是升力系數(shù)的數(shù)倍，故降雨對(duì)阻力系數(shù)影響相對(duì)較小。

因不存在高空效應(yīng)和大紊流度影響，可以認(rèn)為試驗(yàn)中的雨滴水平速度等于風(fēng)速，即不存在修正系數(shù)κ。通過前文已知的斷面尺寸、風(fēng)速和雨強(qiáng)，依據(jù)公式(21)，(22)可得阻力系數(shù)和升力系數(shù)增量ΔCD和ΔCL分別為

(27)

(28)

為驗(yàn)證前文簡化的沖擊力和水膜厚度計(jì)算模型正確性，將矩形斷面0°攻角下各雨強(qiáng)的阻力和升力系數(shù)增量與簡化模型計(jì)算值對(duì)比，結(jié)果如表1所示。從表1可知，最大相對(duì)誤差小于16%，考慮到模型積水引起的外形改變和雨滴的彈跳和濺射等作用影響，可以認(rèn)為估算精度已非常高，可作為一種實(shí)用的估算方法。降雨引起的升力系數(shù)簡化計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比如表2所示。從表2可知，最大相對(duì)誤差達(dá)到90%，通過前文分析得知，降雨對(duì)空氣密度改變可以忽略，而雨滴沖擊力造成的相對(duì)誤差在16%以內(nèi)。典型斷面降雨作用分析也表明積水重力對(duì)升力有非常大的影響，因此造成表2中理論計(jì)算值和試驗(yàn)值存在較大差異，而且應(yīng)與積水厚度的估算誤差以及部分測試誤差有關(guān)，具體原因還有待后續(xù)進(jìn)一步研究。根據(jù)水膜厚度估算經(jīng)驗(yàn)公式(20)可知其對(duì)于參數(shù)的變化相當(dāng)敏感，考慮到估算時(shí)參數(shù)取值的誤差較大，水膜厚度以及由此產(chǎn)生的重力需根據(jù)實(shí)際斷面測定以判斷其對(duì)結(jié)構(gòu)受力的實(shí)際影響程度。

表10°攻角時(shí)矩形斷面ΔCD試驗(yàn)值和簡化方法計(jì)算值對(duì)比Tab.1Comparison of ΔCD Between Test and Simplified Calculation Method About Rectangular Section Under 0°Attack Angle

注：σ=(x2-x1)/x1。

表23°攻角時(shí)矩形斷面ΔCL試驗(yàn)值和簡化方法計(jì)算值對(duì)比Tab.2Comparison of ΔCL Between Test and Simplified Calculation Method About Rectangular Section Under 3°Attack Angle

4結(jié)語

(1)降雨引起空氣密度改變很小，即使雨強(qiáng)達(dá)到300 mm·h-1，改變幅度不超過1%，可忽略。

(2)雨強(qiáng)達(dá)到超強(qiáng)暴雨時(shí)(300 mm·h-1)，單位面積的豎向沖擊力僅為0.67 Pa，幾乎可忽略，但結(jié)構(gòu)表面單位面積的雨滴順風(fēng)向沖擊力相比豎向沖擊力要大得多，當(dāng)雨強(qiáng)為300 mm·h-1且風(fēng)速為50 m·s-1時(shí)，其值約為100 Pa，只占同等風(fēng)速下純風(fēng)作用力的6.5%，且隨風(fēng)速的增長率要遠(yuǎn)小于風(fēng)作用力的增長率。

(3)降雨引起的主梁表面積水厚度和坡長、坡度以及雨強(qiáng)和路面平整度密切相關(guān)，相比主梁高度其值較小，對(duì)實(shí)際主梁外形影響可忽略。當(dāng)不考慮湍流影響時(shí)，降雨引起的阻力和升力與靜風(fēng)力的比值均隨風(fēng)速增大迅速減小，阻力減小更為明顯。隨著雨強(qiáng)的增大，升力系數(shù)明顯向負(fù)方向變化，可達(dá)到無雨時(shí)的數(shù)倍，表明積水重量可能會(huì)較大地影響主梁升力，扭矩系數(shù)無規(guī)律變化，阻力系數(shù)有所增大但比例十分有限。

(4)簡化的降雨沖擊力計(jì)算模型結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，可作為實(shí)用計(jì)算方法。水膜厚度因表面積水狀態(tài)的復(fù)雜性尚不能很好估算，需后續(xù)作進(jìn)一步研究。

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