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“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。     

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。     

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。     

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。     

近地边界层台风观测及湍流特征参数分析

通过近海岸测风塔获取了台风达维(0518)、珍珠(0601)、派比安(0606)登陆过程中10m高度三维脉动风速数据,对近地10m高度平均风特性和湍流特性进行了分析和研究。基于台风观测结果,分析了不同来流方向和地貌状况下,风剖面指数值、摩擦速度、湍流度和阵风因子等湍流参数及其相关性。分析结果表明: 摩擦速度与平均风速呈正相关,摩擦速度随平均风速增大而增大;风剖面指数值随平均风速增大而减小;各方向湍流度随平均风速增大而减小;阵风因子与湍流度呈线性关系。通过拟合实测湍流参数相关性,提出了10m标准高度台风湍流度、阵风因子的计算式,可为台风多发区域低矮房屋的抗风设计提供参考.     

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“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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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“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。     

台风“浣熊”影响下近地风特性及低矮房屋屋面风压实测研究

基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"浣熊"影响下的近地风速时程和低矮双坡屋面风压同步实测数据,研究了台风影响下的近地风特性和低矮房屋屋面风压特性。10m高度处实测风速结果表明:纵向的湍流度随平均风速的增大呈减小的趋势,而横向和竖向的湍流度随平均风速的变化趋势不明显。坡角为10°的足尺低矮房屋在"浣熊"影响下,由于屋脊对斜风向来流的气动分离作用,在背风屋面右侧靠近屋脊的位置出现了明显的漩涡脱落,而斜风向下山墙和屋脊的共同作用也导致了第二个旋涡的产生;旋涡处的脉动风压系数峰值随着风向角度的增加呈逐渐增大的趋势,并且也随纵向湍流度的增大而增大。     

基于监测数据的跨海斜拉桥强/台风作用效应研究

风是大跨、轻柔结构的主要影响荷载之一。基于2007~2012年6年间的监测数据研究了东海大桥主航道斜拉桥在5次台风和1次强风期间的极端风环境、结构振动响应以及结构动力特性的变化规律。研究发现,强/台风期间,桥址区风场的10min平均风速、脉动能量远大于正常情况,但湍流强度、积分尺度、阵风因子的变化规律不明显,这可能与10min统计时距偏长有关;强/台风期间的结构动力响应不同于低风速时以车辆荷载效应为主的正常情况,特别是结构侧弯振动加速度与竖弯、扭转振动相比有明显增加;强风对结构激励的卓越频率低于车辆荷载;强风期间结构模态频率的离散性变大而阻尼比有增加的趋势。该成果可以为大跨度跨海桥梁抗风设计和气动响应特性评估提供实测依据。     

台风作用下低矮房屋屋面角部峰值压力实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房及台风测试系统,开展了近地登陆台风风场和房屋表面风压现场实测,主要研究近地边界层登陆台风风场特性和低矮房屋风效应。主要根据1003号"灿都"台风的实测风速和风压数据,研究近地台风风场湍流特征和屋面角部峰值负压。分析来流方向不同地貌状况和台风不同区域的近地10m高度的湍流度、阵风因子、湍流积分尺度等湍流特征参数;探讨实验房屋面角部区域风压分布特征和角部区域峰值压力时间和空间的平均效应。在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘区域测点具有较大的峰值负压和脉动风压,实测最小峰值负压为-4240.0Pa,峰值负压系数最小值为-13.5,风压系数概率分布为非高斯分布。评估了来流不同湍流强度和湍流积分尺度对角部区域风压的影响。并运用非高斯峰值因子极值分析方法对角部区域峰值负压进行极值分析,最后将角部区域风压系数的实测值及极值分析值与现行ASCE 7-10规范规定值进行比较,现行ASCE 7-10规范相对低估其屋檐角部边缘区域的峰值负压系数。     

杭州市民中心风特性监测及风谱拟合

通过对作用在杭州市民中心的自然脉动风进行长期连续监测,对湍流强度、阵风因子和湍流积分尺度的统计值进行分析研究.分别采用10 min和1 h的基本时距计算纵向和竖向脉动风速谱,基于各向同性湍流理论推导出横向脉动风速谱,并与经验风谱进行了比较.最后,对纵向和竖向常用的几种功率谱密度函数进行了拟合修正,提出了精度优于常用风谱的谱函数表达式.