较大的风作用会引起桥面积雪的漂移运动,从而使得桥面的积雪形状发生变化。由于积雪形状的改变而导致桥梁结构的空气动力性能变化,进而威胁桥梁的安全性和使用性能。本文基于CFD-DEM两相流耦合算法,探讨了风雪耦合状态下流体相控制方程、颗粒相控制方程以及两相之间的耦合,搭建风雪流耦合框架。以风雪两相流理论为基础,结合数值模拟方法对主梁、车—桥组合系统风致积雪移动形态以及对气动力的影响进行了研究。主要工作以及结论如下:(1)搭建了CFD-DEM双向耦合的风雪流数值模拟框架。采用了两相流理论中的欧拉—拉格朗日方法,建立CFD-DEM数学模型对风致积雪漂移运动进行了数值模拟运动。空气相遵循NS方程,雪相颗粒运动遵循牛顿运动定律。风雪两相流之间通过流体的曳力和浮力进行动量交换来实现耦合作用。基于CFD-DEM的耦合方法,明确数值模拟的参数,对Tsuchiya的阶梯型屋面积雪分布进行了数值模拟,将数值模拟的结果与实测结果分别通过风场分布和雪相分布进行比较,发现其与实地测量结果基本吻合,验证了建立的风雪两相流耦合CFD-DEM模型的合理性。(2)研究了主梁风致积雪的形态和气动力。以典型的单箱室主梁为对象,采用风雪两相流耦合CFD-DEM模型对风致主梁积雪漂移运动进行了数值模拟,追踪雪颗粒的位置变化,清楚地描述不同时刻积雪的侵蚀与沉积,模拟了风雪流运动的过程,获取不同时刻主梁积雪的形态以及气动力。通过比较不同风速、风攻角作用下空气相与雪相的差异,探讨风雪流对主梁气动特性的影响。对于该主梁,桥面背风侧的积雪侵蚀量明显比迎风侧侵蚀量大,积雪大量沉积在主梁迎风侧。风力作用导致桥面积雪分布不均匀,积雪的变化引起主梁周围流场的改变,进而改变了主梁表面的气动力外形。风雪流中的雪相会明显改变阻力系数、升力系数和力矩系数。从各个分力系数的变化来看,雪相使主梁的阻力系数减小,升力系数增加,力矩系数变化存在一定的差异。(3)研究了车—桥组合系统风雪绕流与气动力建立典型单箱室主梁—车辆的CFD-DEM模型,分别计算无积雪以及积雪两种条件下车—桥组合系统风场绕流,监测车辆气动力,监测桥面压力获得受风雪条件、车辆影响的主梁气动力。比较计算得到的车辆气动力与无积雪情况下车—桥组合系统的车辆气动力系数,进行车—桥组合系统风雪绕流可视化分析,探究风雪绕流、车—桥组合系统气动力之间的关系与机理。最易积雪的区域在主梁迎风侧和车辆背风侧,车辆下侧由于空气流动速度较快,积雪遭受了严重的侵蚀作用;主梁背风侧的雪深系数相对较小,此处的积雪相对分布较少。对于该车—桥组合系统,风雪流对该车桥组合气动力影响显著。相较于无积雪情况下,风雪流作用使得主梁力矩系数增加。同时,车辆的阻力系数减小,升力系数增加,力矩系数增加。