下击暴流风特性及其对高耸桅杆动力作用的实测分析

为了研究下击暴流的风场特性及其对高耸结构的动力作用,依据高度356 m的深圳气象观测梯度塔获取了下击暴流风记录及其加速度响应。分析了雷暴风的平均风速、湍流度及脉动风功率谱特性,并进一步研究了下击暴流作用下梯度塔的动力响应特征。分析结果表明：下击暴流风速剖面形态具有时变性,且不同时刻的风速剖面与目前常用的经验剖面均有一定的差异;雷暴过程湍流强度随高度变化规律性不显著,其脉动风功率谱与von Karman谱和Solari谱较为吻合;下击暴流作用下梯度塔的最大风振响应出现在雷暴过程的上升段而非最大风速时刻,其响应和顺风向风振系数均随高度增加而增大;风振过程中梯度塔多模态参与特征明显,且纤绳振动的影响不可忽略。     

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。     

台风作用下输电塔塔周风场与动力响应实测分析

通过安装于台风中心的输电塔监测装置获取的实测结果,分析了台风“海马”经过期间塔身所处位置的风场特性及其动力响应特征。测试和分析结果表明：台风登陆前后,处于风眼区域的塔身位置处风向相反,登陆时刻的风速明显减小。台风经过期间湍流度和阵风因子均随风速增大呈现明显的非线性减小。10min平均风速大于10m/s后,顺风向湍流度稳定在20%~40%之间,阵风因子小于2.0。塔身位置处的顺风向脉动风速谱相较von Karman经验谱,其低频段吻合较好,高频区域能量明显偏低。不同风速下的塔线体系频率和阻尼相对稳定,对于1阶弯曲,横、顺跨线向阻尼比均约为2.5%,其较一般钢结构的偏高。输电线和塔身的耦合共振不明显。实测塔头加速度频谱分析表明塔身横、顺跨线向的1阶整体弯曲模态振动显著,但其模态位移在塔头总振动位移中占比不到10%,表明塔身动位移是以背景分量为主。     

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。     

帷幕式桅杆结构风振响应实测与分析

本文对 1座 42m高三方四层纤绳的三角形断面格构式桅杆进行了动力特性分析和风振响应实测 ,通过对测点的加速度响应分析得到一些有益结论。由于纤绳布置的不对称 ,加之纤绳初应力严重不足 ,弯扭振动为桅杆的主要振动。桅杆的自振频谱也很密集。对于这种悬挂反射网的桅杆 ,在设计、施工中应尽量保证纤绳对称性和初应力要求 ;同时 ,在设计时建立考虑空间杆身结构、并按纤绳实际布置和初应力建立模型进行非线性分析是必要的。     

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。     

典型沿海丘陵地区风场变化特性实测研究

针对沿海丘陵地区的风场变化特性,采用新型激光测风雷达配合手持自动气象站,对奉化黄贤村进行了设点气象数据的采集,并结合当地气象站的测风数据进行统计分析,在此基础上,研究了当地风速,风向随时间及地势变化的特征.结果表明,该地区沿海地带风速变化具有日周期性,风速风向变化规律受海陆风影响较大,丘陵地带风速风向受风速等级,地形及...     

中信广场风场特性与结构响应实测研究

利用超声风速仪和加速度传感器现场实测了中信广场在台风"达维"的作用过程中的风场特性、建筑物表面风压以及加速度响应时程,分析了平均风速、平均风向的变化历程,以及纵向、横向和竖向风速谱特性和加速度响应谱特性。结果表明,中信广场顶部的风速谱与von Karman谱较为接近,通过现场实测的加速度响应谱得到中信广场的固有频率比有限元模型的计算结果大32%,分析认为由于非结构构件参与工作,增加了结构刚度以及结构没有满负荷工作,结构的实际质量小于有限元分析中的计算质量。     

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.     

北京大兴国际机场航站楼风场和风压特性实测

大跨度空间结构是典型的风敏感结构,其风场和风压具有强随机性和时空分布特性,因此有必要开展全面、系统的结构风场和风压同步实测研究。基于北京大兴国际机场航站楼的风速和风压实测数据,开展航站楼屋面风场和风压特性研究,分析航站楼屋面不同位置处的风场特性以及不同风场特性之间的关系,结合实测风场特性研究航站楼屋面风压的时空分布规律和非高斯特性,并对比分析脉动风压功率谱密度和脉动风速功率谱密度。结果表明：航站楼屋面不同位置处风场特性存在较大差异,平均风速与湍流强度及阵风因子呈负相关,湍流强度与阵风因子呈正相关;屋面风压在易产生特征湍流的迎风边缘和连廊位置具有复杂的时空分布特性,屋面大部分区域风压为偏度小于0和峰度大于3的非高斯分布,脉动风压功率谱密度和脉动风速功率谱密度受屋面特征湍流影响显著。     

开阔地貌台风风场现场实测与风洞试验应用研究

基于100m高测风塔上风速仪的现场实测数据,获得了开阔地貌台风风场的平均风速剖面与湍流度剖面模型。在大气边界层风洞中准确模拟了台风风场和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)规定的B类风场,并通过一个大跨刚性模型测压试验,详细分析与对比了两类风场条件下大跨屋面风荷载分布规律特征。研究结果表明:在开阔场地条件下,台风近地边界层平均风速沿高度分布符合对数律,亦满足指数律,风剖面幂指数介于规范规定的A类风场与B类风场之间,平均湍流度比B类风场规定值大1倍;台风风场作用下,开阔地貌大跨结构屋面风荷载受湍流度的影响远高于受平均风速剖面的影响,体型系数随湍流度的增大而增大,屋面风荷载亦随之增大。     

非对称桅杆结构空间动力特性分析

根据工程实例 ,建立了一座 48m高三方五层纤绳的三角形格构式桅杆的桁架式空间动力模型 ,分析了桅杆纤绳应力大小以及纤绳的非对称布置对结构动力特性的影响。桅杆的自振频谱密集 ,纤绳布置的不对称以及纤绳初应力的不同 ,使得弯扭振动为桅杆的主要振动。本文把理论计算结果与桅杆实测结果进行了比较 ,证明采用该模型能很好的符合结构的实际情况     

台风风场下近海高压输电结构的风振分析

提出了一种基于台风重分析数据和全路径模拟技术相结合的台风风剖面和设计风速评估方法,并以宁波地区为例分析了其近海或跨海高压输电线路的台风作用效应.比较了塔线模型与单塔模型及规范方法对风振响应的计算差异.研究表明,采用重分析数据和全路径模拟技术相结合的方法可以得到合理的台风风场特性.与塔线体系计算模型相比,单塔模型由于没有...     

桅杆结构风振响应及疲劳研究进展

桅杆结构是一种高柔结构,在风荷载作用下由于纤绳和杆身的相互作用,表现出较强的非线性特征,结构响应非常复杂。本文对桅杆结构特点进行了分析,介绍了关于桅杆结构风振响应的研究进展,以及在理论分析中时域、频域及其它的分析方法,总结了近期关于桅杆的风洞试验及现场实测工作。由于桅杆在随机风荷载下的疲劳破坏是一种主要失效形式,本文给出了考虑响应宽带性及非Gauss性的疲劳分析方法,并总结了在桅杆疲劳及可靠性研究方面的进展。最后对桅杆结构需要进一步研究的一些热点问题进行了讨论。     

高层建筑在台风作用下的模拟研究进展

在高层建筑抗风设计中,正确了解和评价台风对高层建筑的影响具有重要的理论和实用价值。目前,有关高层建筑在台风作用下的测量风场、地表风压和结构加速度响应的相关研究还比较少,为了计算精度的准确性,可采用实测模态成果验证后的有限元模型进行风效应的时程分析。本文从研究方法、研究内容等方面总结陈述了国内外学者在近几十年关于高层建筑在台风影响下对风致响应分析的研究进展。     

台风风场作用下体育场罩棚风压分布风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验研究了台风风场高湍流、强变异性等特征对大跨结构风压分布特性的影响。以某体育场罩棚为原型制作1∶300刚性模型,进行了常规B类风场和台风风场作用下的测压对比试验。基于试验数据,从测点风压和总体升力角度对两类风场作用下体育场罩棚结构的风压分布总体特性进行了分析,重点比较了典型测点在典型风向角下的风压分布规律及相互关系。结果表明：两类风场作用下平均风压的分布规律基本类似,但各风向角下台风风场中的屋盖总体升力比B类风场增大8%~25%;台风风场的高湍流特性导致基于极值负风压求得的各风向角下屋盖总体升力比B类风场大27%~46%,各测点的极值风压均明显高于常规B类风场作用下的对应值,比值约为1.13~1.70,因此对于台风多发地区的大型体育场屋盖设计,必须考虑台风风场高湍流所致的脉动风压增大效应。     

深圳市建筑室内外脉动风特性实测研究

利用现场实测的方法对深圳市某办公建筑室内外的自然风脉动特性进行研究,经实测数据的统计分析,得到建筑室内外的平均风速、湍流强度、湍流积分尺度及湍流的谱特性等脉动风特性.分析结果表明：处在建筑群冠层的平均风速、湍流积分尺度、湍流能量要高于城市密集层的值;建筑室内出风口的湍流强度比进风口处的略大,说明出风口处的脉动特征较为明显;建筑室内的进、出风口振幅能量不同,而频率波动的近似一致性,说明风的振动频率随着空间尺度稳定传递.     

台风“梅花”影响下近地风脉动特性研究

由建立在上海东海岸边的40m测风塔对台风"梅花"影响过程中的风速、风向等信息进行了全程记录,获得了10m、20m、30m及40m高度处的实测数据。通过对湍流度、阵风因子、峰值因子等脉动风特性参数的分析表明:当风速较低时,湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,但当平均风速超过其临界值时,湍流度和阵风因子基本不随平均风速而变化,两者的临界风速分别约为10m/s和12m/s;纵向和横向阵风因子随相应湍流度的增大而增大,并且通过最小二乘拟合得到了它们之间的经验公式;峰值因子(阵风持续时距t=3s)基本上不随10min平均风速的变化而变化,10m、20m和40m高度的各时段峰值因子的均值分别为2.21、2.12和2.00,峰值因子均值随阵风持续时距的变化关系与Durst研究结果较为吻合。     

基于北京中心城区实测的城市边界层风场特性

为了对城市边界层的特殊风场特性进行研究,利用位于北京中心城区325 m气象观测塔,在9个不同高度布置超声风速仪,得到了2013-2017年间风速、温度连续观测的实测数据.统计分析表明:北京城区以良态风为主,盛行北风、西北风及南风,但强风主要来自西北向;除昼夜温度变化外,城市边界层的热量交换很大程度受到下垫面逆辐射影响....