北京郊外近地面风场特性实测研究

基于北京延庆县某一近地风剖面观测点,观测获得了近地面冬季季风剖面实测数据,研究了近地风剖面的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、相干函数、湍流积分尺度和功率谱密度等风场特性参数,并与现行欧洲、美国、日本等相关国家规范进行了对比分析。研究结果表明：实测风速沿高度的变化规律除3.5m高度外,12.5m高度范围内实测结果与各国规范值基本符合;随着高度的增加,湍流度和阵风因子呈逐渐减小的趋势;实测湍流度结果与欧洲、美国、日本等相关规范湍流度取值较为接近,而与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》差异较大;10m高度范围内顺风向、横风向湍流积分尺度随着高度增加而增大,随着平均风速增大而增大,实测湍流积分尺度结果与国外规范值存在一定差异;随着测点间距增大,竖向相关性的衰减系数明显增大,且实测衰减系数结果与Davenport建议的衰减系数有明显差异;10m高度范围内各高度处的实测功率谱密度曲线基本一致,与已有经验谱有一定差异,但与Devenport谱接近。     

山区地形的钢桁拱桥风场特性研究

以山区某大桥为背景,对桥址处风特性进行了一年的实测,得到了平均风速,湍流强度等强风特性。分析结果表明,对于这类山地地貌,脉动风的影响较大,其湍流强度和阵风因子远大于规范相关值和平原地区测得的结果。     

台风“海马”登陆中心近地风场特性实测研究

为研究台风"海马"的近地面风场特性,在位于其登陆中心的观测塔离地高度位置20 m和10 m处安装了测风装置,分析了平均风速和风向、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度以及脉动风速功率谱密度等风场特征参数。结果表明:台风登陆前后的中心风速时程呈M形变化,平均风向角发生反向改变,不同高度的平均风速和风向角有所差异;湍流强度和阵风因子均在登陆时刻最大,20 m和10 m高度的湍流强度均值分别为0. 26和0. 31、阵风因子分别为1. 73和1. 89,均随高度和风速的增大而递减,其值较中国、美国和日本建筑规范的对应地貌规定值小,湍流强度和阵风因子关系的拟合结果相较经验公式偏大;台风经过期间的20 m和10 m高度处湍流积分尺度均值分别为136 m和85 m,随高度和风速的增大而增大,其随高度的变化趋势比美国和日本建筑规范对应地貌的结果更加明显;脉动风速功率谱密度随着风速和积分尺度的增大逐渐满足Kolmogrove-2/3律,实测结果与von Karman谱吻合较好。     

台风“苏力”近地风场脉动特性实测研究

利用设置在福建省霞浦县牙城镇的观测点,成功测得了2013年超强台风“苏力”的近地脉动风场数据,在此基础上对台风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和功率谱进行了分析。研究结果表明：湍流强度和阵风因子随平均风速的增大而减小,当平均风速大于10 m/s时,数值趋于稳定;台风风场的横风向、竖直向湍流强度分量显著增强,顺风向、横风向、竖直向湍流强度分量比值达到1∶0.8∶0.55;台风风场的湍流积分尺度离散性较大,与平均风速、湍流强度无明显相关性,实测的台风脉动风功率谱与von Karman谱比较接近。     

中、美、澳荷载规范关于脉动风特征的规定，

结合中国、美国、澳大利亚三国规范中的相关规定,对脉动风湍流强度、湍流积分长度以及脉动风速功率谱进行了比较.对比分析表明:由中国规范推导出的湍流强度远远小于美国、澳大利亚规范的相关规定;中国规范选取的湍流积分长度不随高度变化,而美国、澳大利亚规范选取的湍流积分长度随高度的增加而增加,在相同高度处,中国规范所选取的湍流积分长度值介于美国、澳大利亚规范之间;在一般建筑物自振频率范围内,中国规范所采用的脉动风速功率谱谱值比美国、澳大利亚规范规定的谱值大.     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

风场长期观测与数据分析

为了进行风场现场实测研究,对1组风速采集设备的风场长期观测结果进行了分析.基于现场实测数据,得到了10 m和20 m高度处10 min平均风速年最大值的风玫瑰图;选取了总时长达75 h的18组大风记录,计算了湍流强度、风剖面参数、剪切波速;拟合了风速谱并与Von Karman谱、欧洲规范谱进行了比较;统计了主风方向湍流积分尺度;对风场的垂直相关性进行了分析.结果表明:实测湍流强度较经验值略大;风剖面参数的离散性大,而且均值与荷载规范取值存在一定差异;实测大风记录拟合风速谱与Von Karman谱和欧洲规范谱吻合良好.     

台风“韦帕”风场实测及风致输电塔振动响应

给出了台风"韦帕"经过时,在典型的农村地貌上进行的多点边界层风特性以及风致输电塔振动的实测结果.基于风速数据,重点分析了风特性各项参数的空间均匀性,包括平均风速和风向、风剖面参数、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱、竖向衰减系数以及水平相干性.采集了榆电塔横担和塔头塔身连接处垂直线路方向的振动加速度.基于振动数据,应用Hilbert-Huang变换(HHT)方法识别了输电塔垂直线路方向第1、2阶模态的自振频率和阻尼比.结果表明,自振频率识别结果与有限元计算结果比较接近,阻尼比识别结果远大于一般钢结构的阻尼比.     

台风“娜基莉”影响下浦东地区近地风特性

本文基于位于上海浦东国际机场附近的同济大学实测基地获取的2014年台风"娜基莉"影响下的10米高度风数据,研究了"娜基莉"影响下的浦东地区近地风特性。10米高度处风速实测研究表明:纵向的阵风因子明显大于横向和竖向的阵风因子,而横向的阵风因子稍大于竖向阵风因子;各向阵风因子随10min平均风速的增大呈减小的趋势,各向湍流度也随平均风速的增大呈现减小的趋势;纵向湍流度大于横向湍流度,而横向湍流度大于竖向湍流度;各向湍急积分尺度随平均风速的增大而减小。     

近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统,研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据,对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等,按来流不同方位地貌状况进行分类研究;同时分析了斜向强风最不利工况下,屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下,台风顺风向湍流强度均值分别为0.13, 0.21, 0.32;阵风因子同湍流强度正相关,湍流积分尺度随湍流强度增加而减少;与季风相比,台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值,而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值;在低频和惯性子区范围,台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好;在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压,峰值负压系数达-13.5。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅰ)——登陆台风近地边界层风特性

基于可移动双坡屋面实验房及测风塔获取的"苏迪罗"、"彩虹"、"凯萨娜"和"芭玛"等台风登陆期间的三维脉动风速数据,对近地边界层平均风特性和湍流特性进行分析。分析结果表明:近地100m范围内平均风速剖面符合对数律和指数律分布,平均湍流度剖面符合指数律分布;与良态季风条件下相比,摩擦速度、地面粗糙度长度、平均风速剖面指数α值相对变大,平均湍流度相对增大20%以上;湍流度与阵风因子相关性与Ishizaki实测结果一致;纵向、横向和竖向三湍流分量的竖向相干函数衰减指数为16.82、7.23、3.69;离地3.2m高度处各向湍流分量的功率谱值大于10m高度功率谱值2倍以上,在低频范围各向湍流分量含能量相对要大,湍流功率谱高频段下降相对较快,在惯性子区各湍流分量的功率谱的分布显著偏离"Kolmogrove-5/3"律。     

紊流风特性参数对矩形结构表面平均风荷载的影响

为了得到风特性参数变化对结构表面风压分布的影响规律,在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究紊流风特性参数对矩形结构表面风压分布规律的影响,并给出了考虑这些影响的修正公式。结果表明:紊流强度增大会使矩形结构表面正压区体型系数增大,负压区体型系数绝对值减小;正压区风压变化规律与结构尺度无关,负压区体型系数除了受来流紊流强度影响外,还存在明显的尺度效应;紊流积分尺度增大会使矩形结构表面体型系数绝对值也增大,但不同区域变化幅度没有规律,很难进行统一修正。     

Boundary layer wind structure from observations on a 325 m tower

This paper is concerned with vertical distributions of mean wind speed and atmospheric turbulence characteristics over a typical urban area. The wind data were measured from more than 30 anemometers installed at 15 different height levels on the 325 m high Beijing Meteorological Tower during numerous windstorms. Profiles of mean wind speed are presented based on the field measurements and are compared with empirical models’ predictions. Aerodynamic parameters of atmospheric boundary layer are determined from the measured wind speed profiles. Furthermore, wind velocity data in longitudinal, lateral and vertical directions, which were recorded by ultrasonic anemometers at three height levels during windstorms, are analyzed and discussed. Atmospheric turbulence information such as turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and power spectral densities of the three-dimensional fluctuating wind velocity are presented and used to evaluate the adequacy of the existing theoretical and empirical models. A comparative study between the measured profiles of turbulence parameters and those estimated by AIJ-RLB-1996 and ASCE (1999) is performed. The objective of this study aims to provide useful information on boundary layer wind characteristics for the wind-resistant design of tall buildings and high-rise structures in urban areas.     

基于罚函数的平均风速统计时距划分方法

针对目前结构风工程中风速特性统计分析均采用固定时距且不考虑统计时距内平均风速变化的假定,以三峡库区青草背长江大桥及舟山西堠门大桥桥址处实测风速资料为对象,采用罚函数对比法探讨了以风速样本均值和方差作为风速序列突变判据的时距划分方法,对比分析了风速样本的稳定时距的峰度、偏度、概型分布等统计特性。通过研究发现：采用P-variance方法得到的风速序列稳定时距远大于P-mean方法,风速平均值的波动趋势明显快于表征风速脉动能量的风速根方差的变化;基于罚函数对比法计算得到的风速稳定时距呈现出明显的正偏态分布特征,且Weibull分布可以较好地拟合风速稳定时距;采用罚函数对比法P-mean算法得到西堠门大桥桥址风场的风速稳定时距为569s,与规范中600s的计算时距非常接近,在一定程度上为规范600s时距的取值提供了依据,也证明了罚函数对比法在计算平均风速统计时距上的合理性;相比于传统10min固定时距,基于罚函数对比法的可变时距下风速序列的顺风向紊流强度和阵风因子的标准差均有不同程度的下降。     

强台风“黑格比”登陆过程中近地风场特性

为准确研究低矮房屋的风载特性,基于建造在强台风"黑格比"登陆地点的低矮房屋原型实测房,对强台风"黑格比"登陆的全过程进行了监测,获取了在强台风登陆过程中近地风场及实测房屋表面风压的实测数据。通过对台风登陆过程的风速及风向、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和风速谱等参数的分析,研究了强台风"黑格比"登陆时的近地风场特性,同时介绍了实测房屋及测压系统。结果表明:强台风"黑格比"的最大瞬时风速达到56.7/s,10m in最大平均风速为40.2m/s;台风登陆前,风速及风向脉动变化很大;台风登陆后,湍流度及阵风因子明显减小;风速变大,阵风因子与湍流度有减小的趋势;实测风速谱与von Karman谱吻合较好。研究结果将增进对强台风近地风场的理解和认识,可为今后改进低矮房屋的抗风设计提供参考。