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.

土木工程结构风场实测及新技术研究的进展

土木工程结构风场实测结果是掌握结构风荷载作用机理和结构动力响应及破坏机理最直接的资料,也是修正现有试验方法和理论模型最为权威的依据。简要回顾了具有高柔低阻尼特性的高层建筑和高耸结构、大跨度桥梁和大跨空间结构的发展,分析了土木工程风场实测对于结构抗风设计的重要意义。对土木工程风场实测及实测新技术的研究进展进行了综述,提出了无线传感网络用于土木工程风场实测需要解决的关键技术问题。

基于城市中心区实测风场的高层建筑风荷载特性

风剖面是影响高层建筑风荷载特性的主要因素。为了探究城市中心区风场下高层建筑的风荷载特性,选取了北京气象塔2013年−2017年连续观测的实测风速数据,采用指数率模型并结合城市边界层分层结构对实测风场风剖面进行了拟合。通过刚性模型风洞测压试验得到了宽厚比D/B=1,2,4三种超高层建筑在实测风场下的风荷载,并将试验结果同规范中的B、D类风场进行了对比。研究表明:基于分层结构,采用指数率模型拟合得到的实测风场幂指数为0.35,其平均风速剖面同D类风场相似,湍流度剖面则大于D类风场;与B、D类风场下的风荷载相比,实测风场对超高层建筑的平均风荷载影响较小,对脉动风荷载的影响较大,且建筑宽厚比增大后,其在实测风场下的脉动风效应显著增强;建筑基底横风向和扭转向力矩系数间具有较强的相关性,且存在极值相关性,特别是90°风向角时的D/B=4建筑,两种相关性在实测风场下均显著增强。

沿海平原地区桥址处风场特性实测研究

为研究沿海平原地区桥址处风场特性,采用VT-1相控阵多普勒雷达系统对横门水道附近某桥址处进行为期一年的风场实测。研究表明,该桥址处风速较好地服从Weibull分布;平原地区风场相较于河谷地区而言,主导风向随高度变化小;风速平均值与风向频度呈正相关,阵性与风向频度呈负相关;该桥址处平均风速剖面虽较好符合指数律,但是JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》推荐的地表粗糙度系数α值并不适用;良态风风速剖面并不总是服从指数律,但是抗风设计所关注的高风速较好服从指数律。另外,提出了最大概率风速剖面的概念,相较于传统采用的平均风速剖面更具有合理性,采用该种风速剖面在桥梁抗风设计中进行风速推算时更为安全。

高层建筑实测风场环境的非平稳性分析研究

首先采用应用较广泛的矢量分解法,对超高层结构西塔顶部的实测数据进行处理,总结了矢量分解法的三个方面的局限。然后针对这些局限且为获取较准确的脉动风速时程,考虑了风速非平稳特性,给出了获取螺旋桨风速仪的正交两方向的脉动风速时程的平稳模型与非平稳模型的数值表达公式。依据上述两种风速模型,进一步从湍流强度、阵风因子、概率密度分布和风速谱等指标进行对比分析,结果表明非平稳风速模型能更精确地描述高层建筑顶部实测风速数据的真实状态。

大跨度公铁两用斜拉桥三维风速场实测与模拟

为得到沪通公铁两用长江大桥(后简称沪通大桥)桥址区风速时程序列,对沪通大桥开展了现场风速实测,对桥址区的风场特性进行分析,得到基于实测数据的风速谱,并将其与规范给出的风速谱进行参数对比.之后采用基于实测风速谱显式分解的谐波合成法,将该桥的三维脉动风速场简化为多个线状的一维脉动风速场,分别对两个主塔、公路桥面、铁路桥面的脉动风速进行数值模拟,模拟值与目标值吻合较好.结果表明:采用实测的风速谱参数可以很好地得到大跨度桥梁数值模拟三维脉动风场,并与规范给出的统一功率谱有一定的差异性,体现了规范谱应用于不同地区,尤其是复杂气象条件时的局限性.得到的基于实测风特性的大跨度斜拉桥风速时程序列,为桥梁的风振分析提供了基础,具有良好的实用效果.

厦门五缘湾两侧风场同步实测试验分析

为探究厦门五缘湾周边区域风场参数分布规律,利用激光雷达开展了该区域两点位12个高度层的实时同步风场测量试验,对比分析了两点位风速、风向、地面粗糙度等参数变化规律,完成了实测粗糙度系数与公路桥梁抗风设计规范值对比工作。分析结果表明:厦门五缘湾两侧区域测点风速变化规律一致,风速值白天大于夜晚,最大风速可达9.23m·s^(-1);风向受地形变化影响较大,两测点风向因地形差异而关联性较弱;风速稳定的条件下,地面粗糙度α值随风速增加而增加;测点α值均小于规范值,高层建筑风荷载设计取值更加保守。

西部山区U型峡谷桥位处风场特性实测研究

山区峡谷桥位处风场特性同沿海和平原地区有较大差异,为研究西部山区峡谷桥位处风场特性,选取西部山区一典型U型峡谷(拟新建桥梁)为研究对象,在桥址南岸设立高50 m和30 m的测风塔进行时长为一个月的现场实测,实测结果表明:主导风向与峡谷及河道走向一致,平均风速在每日呈现出周期的规律性变化,而桥位处风攻角随风速增大而减小,同时紊流积分尺度、紊流强度等风场参数与现行规范建议值有所区别,实测结果有利于同地形桥梁风场环境的研究。

复杂地形桥位风场特性实测研究

本文以山西临猗黄河特大桥桥址处风场特性参数研究为依托,对风场进行实测并对其平均风特性和脉动风特性进行研究。研究表明:桥址处平均风速基本服从幂指数规律分布;10m高度处的紊流强度实测值高于规范推荐值,80m高度处的紊流强度实测值和规范推荐值接近;桥址处10m高度处顺、横、竖风向的紊流积分尺度平均值分别为:48.9m、35.8m、5.8m,80m高度处顺、横、竖风向的紊流积分尺度平均值分别为:183.5m、111m、48.9m,10m和80m高度处顺、竖风向的脉动风的功率谱曲线与设计指南中推荐的功率谱拟合较好。

福建滨海区台风过程风特性实测及分析

在福建省平潭县王爷山构建风场实测系统,记录了2017年1709号台风"纳沙"和1710号台风"海棠"的三维风速时程.利用两次台风数据,对台风风眼区经过前后的近地边界层风特性进行研究和分析.总结风速剖面参数、湍流强度、湍流积分尺度、阵风因子等风参数的分布规律和风眼壁区脉动风速功率谱在频域内的特征,并对实测风速功率谱进行了分析及拟合,得到适应该地区的风速功率谱及相应谱参数,供该地区结构抗风设计参考.

台风“米克拉”近登陆点强风特性实测与输电线路设计风荷载研究

为识别台风作用下尤其是近登陆点输电线路沿线强风特性,提高输电线路抗风设计可靠性,开展近台风"米克拉"登陆点某输电线路附近30米高度处强风实测工作,全面研究了平均风速及风向、湍流强度及其尺度、阵风因子、功率谱等台风风场参数特性,探讨台风作用下输电线路风荷载设计参数取值规律。研究表明,本次台风登陆过程中,水平平均风速从低于20m/s迅速攀升至41.1m/s,伴随风向角完成约160°快速转变;台风登陆后强风阶段,湍流强度和阵风因子随平均风速增大而逐渐减小,变化范围分别为0.35~0.15和2.25~1.25;阵风因子与湍流强度、峰值因子存在递增变化规律,其中阵风因子与湍流强度之间关系可由石崎(Ishizaki)模型近似表示;湍流积分尺度随平均风速变化的离散性较大;各方向脉动风速功率谱与冯×卡门(Von-Karman)经验谱均吻合较好。DL/T 5551-2018计算给出的档距折减系数、导地线阵风响应系数可适度包络住台风41.1m/s最大风速对应的最不利结果。

桥位风场特性研究方法探讨

在桥梁设计过程中,特别是初步设计阶段,准确获得大跨径桥梁桥位风场特性参数非常重要。本文以临猗黄河特大桥桥位处风场特性研究为背景,采用数值模拟和风场实测方法对风场特性进行研究。结果发现,风场实测位置处10m、30m、50m、80m高度的平均风速分别为2.7m/s、3.4m/s、3.9m/s、4.4m/s,数值模型对应位置处相同高度的风速计算值分别为2.90m/s、3.24m/s、3.55m/s、3.94m/s,误差分别为7.4%、-4.7%、-9.0%、-10.5%,计算结果满足工程需求。对处于复杂地形特别是峡谷谷口的大跨径桥梁,在初步设计阶段通过数值模拟方法获得桥位处风速数据的方法具有可行性。

山区深切河谷处钢桁拱桥的风环境测量研究

本文介绍了某位于山区深切河谷处的大跨度钢桁拱桥位处的风特性参数观测方案,在距离施工塔吊10~90m的高度范围内,每隔10m布置1套风速/风向传感器,对桥址处风环境进行长期实测。通过计算其平均风特性参数,得出了山区深切河谷地貌风环境与现行规范的不同,拟为该大跨度钢桁拱桥后续的施工及运营维护提供依据。

中式高耸古木塔风压分布与体型系数风洞试验研究

中式高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分之一,是中国的建筑瑰宝。风灾是最为常见的自然灾害之一,因此,古木塔在风荷载作用下风压与风荷载分布是需要特别关注的。该文开展了高耸古木塔风洞试验,研究了门窗封闭状态下,墙面与各层屋檐区域的风压分布规律,并计算了木塔各区域体型系数。在试验基础上,计算了风荷载层间力与倾覆弯矩,并与实测结果进行了对比。结果表明:木塔迎风面中上部风压系数最大,而背风面风压系数为负,与现代建筑表面风压分布相似,但木塔表面形状特殊,屋顶及斜侧面等位置的风压分布具有独特性。对比分析结果表明:根据风洞试验结果计算的风荷载与现场实测结果趋势一致,基底剪力与弯矩误差小于14%。该文通过风洞试验获得了复杂中式高耸古木塔的风压分布规律,可为高耸古木建筑的保护提供技术基础,也为类似仿古建筑抗风设计提供参考。

实测风场风速风向耦合的三维非平稳特征研究

为了获取考虑风速风向耦合效应的实测风场非平稳特征,在获取三维脉动风速时程的过程中,采用EMD方法建立了三维脉动非平稳风速模型,并推导出了脉动风速时程表达式,进一步发展了风速时变标准差、时变湍流强度的概念。以高层建筑实测台风数据作为算例,并与平稳风速模型进行对比分析,验证了非平稳风速模型的准确性和优越性:不需要选取基本时距;时变的物理量能反映微观特征,更能反映风速的非平稳性。通过平稳度指数检验了数据分析过程的平稳性特征,结果表明:风速在频域内的平稳性指数随着频率的增大而逐渐增大;不考虑风向时,风速的平稳性指数大小是与风速的变化速率相关的;非平稳风速模型所计算的脉动风速平稳性较平稳性模型方法所分析结果有所改善。

基于润扬大桥南塔顶长期监测数据风场特性分析

通过对润扬大桥健康监测系统获取的长期实测风场数据进行分析,获得了南塔塔顶300d的平均风速、风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风功率谱等风场特性参数的分布规律以及参数之间相关性的推荐公式。并与跨中风速仪测试数据进行对比分析,得到了平均风速随高度的变化规律以及两点间风场的空间相关性。长期实测结果统计分析表明,润扬大桥悬索桥南塔塔顶的平均风速较小、风向稳定;风场的湍流度比跨中更强,并高出规范建议值近7倍;湍流积分尺度接近正态分布,并与湍流度、平均风速存在一定的相关性;纵向、横向功率谱均与Kaimal谱相差较大,功率谱密度函数参数与平均风速存在直接相关性;塔顶风场与跨中风场相关性较弱。

VVP三维风场反演方法研究

在研究了现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出了一种新的基于三维风场均匀分布假设的三维风场VVP反演算法.采用提出的算法,进行了模拟风场和雷达实测风场的反演实验.按照实验结果进行了反演误差分析.理论和实验结果证明采用风场均匀分布假设的VVP方法,反演的三维风场与雷达实测的三维风场比较吻合.