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 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑的风场和风压特性实测研究

为研究我国沿海地区超高层建筑的风场和风压特性,在2010年台风“鲇鱼”登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压进行了同步监测。通过对实测风场和风压数据的深入分析表明：沿海地区超高层建筑风场的湍流度随风速增大变化平稳,阵风因子随湍流度的增大而增大;实测脉动风速功率谱密度与von Karman谱吻合较好;建筑各面内测点之间的瞬时风压、平均风压、平均风压系数和极值风压系数具有较强的相关性;实测平均风压和平均风压系数在迎风面较大,在背风面非常小;当风从角部吹向建筑时,随着风向角的变化,两迎风面的平均风压系数随着平均风速的增大变化规律相反;两背风面的平均风压系数随着平均风速的增大逐渐减小;迎风面的极值风压系数随着风向角的变化正负波动较大,背风面的极值风压系数分布较为均匀;迎风面的脉动风压系数较大且变化较大,背风面的脉动风压系数非常小且变化平稳;建筑各面的极值风压系数和脉动风压系数的幅值随着风速的增大逐渐减小。     

台风边缘区风场特性及其作用下高耸桅杆结构风效应实测研究

以深圳356 m气象梯度塔记录的风速时程数据为基础,分析了台风“圆规”边缘区风场平均风速、湍流度及风谱特性,并进一步探讨了台风作用下梯度塔的风致响应特征。结果表明：台风边缘区域大风时段风剖面指数均值为0.243,高度40 m以下湍流强度介于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中C类与D类场地之间,高度320 m处湍流强度则接近C类场地的;von Karman谱与高度320 m处实测风谱吻合较好,但与低空实测谱存在一定差异;台风激励下梯度塔以横风向振动为主,且风振多模态参与特征明显,纤绳振动不可忽略;结构加速度响应幅值对梯度塔的模态频率和阻尼存在一定影响;结构x向和y向前三阶模态频率整体呈现随加速度响应增大而减小的趋势;阻尼比的识别结果较为离散,y向的前三阶和x向的一阶模态阻尼比随结构加速度响应增大而增大,而x向的二阶和三阶模态阻尼比则随响应增大呈减小的趋势。     

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。     

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。     

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...     

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....     

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.     

华东地区近地台风不同时距特性研究

基于2011年两次不同强度台风“米雷”和“梅花”影响下上海浦东国际机场附近沿海地区40m高测风塔获得的近地风实测数据,分析了不同时距下湍流度、阵风因子、峰值因子以及湍流积分尺度等风参数特性。研究表明：湍流度均值随时距的增大而减小且与Durst的研究结果一致,风速较小的“米雷”湍流度均值比风速较大的“梅花”的大;阵风因子均值在10m以上实测结果与美国规范ASCE/SEI 7-10曲线接近,而10 m高度处的实测值偏大;峰值因子均值随时距增大而减小,但受实测高度和风速变化的影响较小;台风“米雷”峰值因子均值在时距大于100 s后略大于“梅花”,但总体上与Durst的研究结果一致。在各时距下台风“米雷”纵向、横向和竖向湍流积分尺度均值比“梅花”的大,两次台风的纵向湍流尺度在10 m高度处1 min~1 h时距的变化范围分别为27~267 m和27~205 m,当时距足够大时横向积分尺度会大于纵向值。     

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。     

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。     

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。     

近地面与超高空台风风场不同时距湍流特性对比分析

基于台风“海鸥”、“凤凰”、“蔷薇”和“莫拉克”的近地面风场和台风“凡亚比”、“鲇鱼”和“狮子山”的超高空风场实测资料,进行了近地面和超高空台风风场不同平均时距(3 s、1 min、10 min和60 min)台风湍流特性的对比分析,研究了边界层台风风场的湍流特性及其与平均时距的关系。研究表明：台风风场的平均风速、风向角随平均时距的增加逐渐趋于平稳;1 min和3 s平均时距风参数能较好地反映平均风速、风向角、湍流度和阵风因子尤其是风速较大时的脉动性和变化规律;近地面与超高空台风风场的不同时距平均风速的离散性和平均最大风速之间的比例相差较大;随着平均风速的增大,近地面与超高空台风风场不同时距湍流度和阵风因子的变化规律与离散性相差较大;日本风荷载规范(AIJRLB-2004)公式基本适用于我国沿海超高空台风风场顺风向湍流度的估计;当平均时距小于10min时,随着平均时距的减小,近地面和超高空台风风场的顺风向湍流度均比横风向减小得快;超高空台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值略小于横风向,近地面台风风场的3 s时距顺风向湍流度均值大幅小于横风向。     

虎门二桥桥位处风场特性观测研究

采用现场实测的方法对虎门二桥桥位处的风场特性进行分析研究。于桥位附近建立一座80m高的测风塔,在三个年度观测期间,获取了平均风场完整观测资料以及影响桥位测风现场的强台风过程的脉动风场观测数据,并综合考虑附近参证测风站的长序列测风资料,推算得到桥位区距海平面不同高度各重现期风速。研究结果为静风荷载计算、颤抖振分析及主桥风洞试验等进一步的抗风安全性研究提供了依据。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究

为研究超高层建筑表面的风压特性,基于对厦门沿海某超高层建筑表面风压开展的现场实测和风洞模型试验,探讨了台风“鲇鱼”作用下超高层建筑表面的风压特性及其分布规律。研究结果表明：通过风洞试验和现场实测所揭示出的超高层建筑表面风压特性（平均风压系数、峰值风压系数）及其随风向角的变化规律基本一致;平均风压系数的现场实测与风洞试验结果在迎风面吻合较好,而背风面现场实测值明显较风洞试验结果小;峰值风压系数的现场实测与风洞试验结果除个别测点外相差较大。     

东南沿海登陆台风近地脉动特性分析

为了解我国东南沿海台风登陆过程近地面风场脉动特性,在浙江东海塘观测塔(120m高)实测了3次强台风（海棠（Haitang 0505）、麦莎（Matsa 0509）和卡努（Khanun 0515））登陆时段距地面不同高度处的脉动风速,分析了其顺风向紊流度和阵风因子。结果表明：近程台风登陆前,10m高度处顺风向紊流度和阵风因子与其他高度处的取值差异明显,而近程台风登陆后与远程台风登陆全过程的不同高度处顺风向紊流度和阵风因子差异较小,紊流度和阵风因子均随高度增加而逐渐减小;在A类场地下,近地面20m高度内顺风向紊流度以及40m高度内顺风向阵风因子的实测结果大于JTG/T D60 01-2004《公路桥梁抗风设计规范》取值,20m高度以上顺风向紊流度以及40m高度以上顺风向阵风因子的实测结果小于该规范取值,紊流度和阵风因子之间存在线性关系。基于概率统计算法的计算结果显示离地面不同高度的顺风向紊流度和阵风因子均服从极值Ⅱ型分布,采用基于概率统计的台风多发区紊流度、阵风因子取值较直接采用统计数据均值用于抗风设计更安全、可靠。     

台风“浣熊”近地风特性研究

本文基于浦东国际机场附近的同济大学实测基地获取了台风"浣熊"影响下的近地风速,研究了"浣熊"台风影响下格构式塔架结构的近地脉动风速随平均风速的变化规律,同时得出在"浣熊"台风作用下,脉动风速概率密度函数与高斯分布曲线吻合较好。     

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。     

上海地区近地台风与季风湍流特性对比研究

为了研究上海地区近地台风与季风湍流特性的差异,基于高度10、20、30、40m处上海浦东风工程实测基地获得的风速风向数据,对台风“梅花”与季风作用下浦东地区近地湍流特性进行了对比分析。结果表明：台风“梅花”和季风作用下近地湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,不同的是前者变化速率随平均风速的增大而减小,而后者变化速率基本不变;相同高度处季风作用下各向湍流度和阵风因子均大于台风“梅花”作用下的结果,并给出了湍流度和阵风因子剖面的经验表达式;季风和台风影响下自相关系数均随迟滞时间的增大而逐渐减小,且高度越高衰减速率越慢,在相同高度处台风下的衰减速率明显比季风的大。