土木工程下击暴流风速数值模拟的研究

雷暴天气下击暴流之类的高强风对诸如输电塔这样的晶格状结构具有很大的破坏性。因此,建立可靠合理的下击暴流风速模型来分析这些结构在这种极端风荷载作用下的动力响应是很有必要的。通过运用一些时频分析工具可以发现:下击暴流风速表现出明显的非平稳性。而且,下击暴流非平稳风速时程可以分解为随时间变化的平均风速即时变平均风速与具有一定相关性的随机脉动成分。基于Holmes平均风速模型和Vicroy风速竖向分布模型,使用Deo-datis提出的均匀调制非平稳随机场的模拟方法,数值模拟了雷暴天气下击暴流行进路线上某一固定位置处的竖向分布风速场。在随机脉动成分的数值模拟过程中,引入了三次样条函数插值技术,以减少Cholesky分解的次数,进一步提高了数值模拟雷暴天气下击暴流风速的效率。

下击暴流非平稳脉动风速数值模拟

针对大气边界层近地风不同、下击暴流平均风速具有明显时变性及脉动风速具有较强非平稳特征,通过Kaimal非均匀调制函数的建立方法,获得Davenport调制函数、Simiu调制函数、Harris调制函数,为有效实现非平稳脉动风速模拟提供首要条件;考虑自回归AR模型时变性,建立非平稳随机过程TAR时变模型,为实现非平稳脉动风速模拟提供有效方法;考虑下击暴流平均风速时变特征,对下击暴流非平稳脉动风速进行模拟。结果表明,模拟的下击暴流非平稳脉动风速相关性随不同位置间距增大而减弱,振幅随时变平均风速增大而增大,与实际风场特性吻合,表明非均匀调制函数有效;功率谱时变特征明显,与目标时变谱时变特征吻合,且样本统计平均功率谱、相关函数与目标均吻合,表明下击暴流非平稳脉动风速模拟方法有效。

西藏高原风场实测及非平稳风特性研究

为研究高原风特性,于海拔4465 m的西藏南部浪卡子县离地10 m高度处进行了1年4季昼夜的风速风向实时连续采样实测,筛选出1256个有效大风样本.采用平稳模型、EMD非平稳模型及最优时变均值非平稳模型处理实测非平稳风速样本,分析了3种风速模型的平均风速、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱等风场特性参数,并与低海拔地区多种类别风场实测结果进行对比.结果表明:西藏高原冬半年脉动风湍流强度大于夏半年;在相似地貌下,高原脉动风湍流强度要高于低海拔地区,而与一些特殊地貌及特殊风场如峡湾风、台风等的湍流强度接近;湍流积分尺度计算结果受风速平稳程度影响很大,平稳模型高估了湍流积分尺度;西藏高原脉动风拟合风谱与各标准谱均有一定差别,且具有较大的高频能量.因此,高原建筑结构抗风设计应注意高原脉动风参数与低海拔地区的区别,并充分考虑高原风的非平稳性,合理选择非平稳模型.

高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性实测分析

为研究山区地形高墩多塔斜拉桥沿桥轴向风特性变化情况,在桥面沿桥轴向安装两个三维风速仪和两个二维风速仪,利用小波法提取实测非平稳风时变平均风速,对沿桥轴向风样本进行平均风特性和紊流风特性分析.结果表明:沿桥轴向4个测点平均风速、平均风向角变化趋势基本保持一致;沿桥轴向湍流强度、阵风因子、积分尺度等紊流参数变化趋势基本保持一致,顺风向湍流强度均值较规范推荐值偏高;沿桥轴向实测风样本顺风向功率谱密度在低频段较Simiu谱值偏低,在高频段顺风向功率谱密度与Simiu谱吻合较好;竖风向功率谱密度在低频段较Panofsky谱值偏低;在高频段竖风向功率谱密度与Panofsky谱吻合较差.

润扬大桥桥址区实测台风非平稳特性研究

为了研究润扬大桥桥址区实测强风的非平稳特性,以"麦莎"和"卡努"台风为研究对象,采用多尺度小波变换方法提取了顺风向及横风向时变平均风速,并进一步计算了实测脉动风速的紊流强度、阵风因子、积分尺度和功率谱密度等非平稳风特性。在将非平稳风特性与平稳风特性进行对比的同时,重点对比分析了两台风非平稳风特性的异同点。结果表明:两实测台风的顺风向风速均表现出较强的非平稳性,横风向非平稳特性则相对较弱;平稳风速模型过高地估计了实测台风的紊流特性,致使其紊流强度值大于非平稳风速模型的计算结果;"麦莎"台风非平稳紊流强度顺、横风向比值大于1,而"卡努"台风的对应值小于1;两台风的实测非平稳风谱在低频段均小于Kaimal谱,在中高频段则较为吻合。