江苏省典型高速公路强风和强横风时空分布特征

强风特别是强横风是影响高速公路汽车安全行驶的重大交通气象灾害之一。为提高交通气象中强横风天气的预报准确率,利用江苏省典型高速公路2012~2015年交通自动天气监测系统观测数据,分析了江苏省沪宁、宿淮盐、沿海和京沪高速公路强风和强横风的时空分布特征,探讨了地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,在此基础上,对江苏省典型高速公路的风压进行分级,揭示风压的空间分布特征。研究表明:1)强横风的日变化和季节变化规律与强风相似,一天中两者出现频率最高的时间段为12~14时;一年中7月份频率最高。2)各站点强风和强横风发生日数频率一致,均呈现沿海高速公路发生日数较高的站点最多、范围最大,宿淮盐高速公路最少、范围最小的特点。强风盛行风向与强横风盛行风向基本一致,4条高速公路整体上,偏北风频率最高,偏北向强风和横风的频率高于偏南向强风和横风,偏东向强风和横风的频率高于偏西向强风和横风。频率最高的极大风风向为22.5°,最大风风向为0°,即正北。3)除宿淮盐高速公路2012年秋季月份外,月极端风速均超过10 m/s,最大值达到22.6 m/s。4)综合考虑风向、风速等变化因素,将风压分为10级。其中风压达到黄色预警以上发生频率最高的路段为沿海高速公路的北段。5)地理环境对各高速公路不同路段强风、强横风和风压等级均有不同程度的影响,其中地形起伏、水系分布、距海远近对其影响较大。     

武汉阳逻长江公路大桥设计风速值的研究

利用武汉市气象站1961～1999年的风的基本资料，分析了桥位周边平均风速、最大风速、大风日数、最多风向及频率、各风向平均风速及频率、历年的极值风速及大风危害等风的基本特征；建立了武汉市气象站1961～1995年的逐年最大风速序列(其中1989～1995年的逐年最大风速，通过与未受城市化影响的黄陂气象站的比较而进行了合理的订正)。根据建筑设计规范采用极值I型曲线，并用两种参数估计方案。推算出武汉市气象站不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(基本风速)分别为19．4m／s，18．4m／s和17．8m／s。采用比值法求出，从气象站到大桥江边最大风速的增大系数为1．54，从而得到桥位区不同重现期(100，50，30a)10m高处10min平均年最大风速(设计风速)分别为29．9m／s、28．3m／s和27．4m／s。最后分析了大风在146m高度内的变化特征，并采用指数和对数法将设计风速外推到200m以下每10m高度层，可供设计、施工及将来维护参考。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13:00～2007-03-10 T16:00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

长江航道江苏段强风和强横风的时空分布特征研究

利用长江航道江苏段2009-2012年AWMS实测数据,分析了强风和强横风的时空分布特征,探讨了大气背景、地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,建立了适用于该航道的风压分级预警机制。研究表明:(1)强风和强横风的日变化和季节变化规律相似。(2)每月极端最大风速都超过10 m/s,达到了最大风和极大风事件的标准。(3)局地地理环境差异对不同航段强横风发生频率有不同的影响。(4)强风盛行风向多属于强横风,整体上,偏北风频率高于偏南风,偏西风频率高于偏东风。(5)综合考虑风向和风速的时空变化,建立了水上交通风压的"四级预警"机制,回代计算发现风压预警等级的分布与地形分布密切相关,呈中间等级高、频率多,东、西段等级低、频率少的格局。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

基于Nataf变换的相关随机数算法及其应用

针对极值风浪荷载之间的相关性,提出了一种基于Nataf变换的相关非高斯分布随机数算法,用来生成极值风浪荷载随机向量;运用该方法讨论了基于独立风浪的荷载效应和基于相关风浪的荷载效应的极值之间的关系,并且对不同的风浪联合荷载效应的拟合方法进行了评定;应用最小二乘法及极值Ⅰ型分布拟合实际风、浪荷载效应,然后对此分布模型运用Nataf变换随机数算法和一般随机数算法生成随机向量,最后通过与实际风浪联合荷载效应比较,验证了所提方法的有效性。     

围护结构风荷载的尺寸折减效应研究

风荷载是控制围护结构设计的主要荷载,工程中常常直接采用围护结构上的测点风压极值的最大值进行围护结构设计.但作用在结构上的风压并不是完全相关的,这导致围护结构上不同部位的脉动风压产生的作用效果在一定程度上相互抵消,总的风荷载作用效果将随围护结构尺寸的增大而减小,这种现象称为围护结构风荷载的尺寸折减效应.本文简要总结和比较了目前研究围护结构风荷载尺寸折减效应的方法,介绍了相关研究成果.     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

周围建筑群对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应研究∗

大跨穹顶屋盖的风荷载会受到周围建筑群的影响,然而目前的规范中给出的风荷载并没有考虑此影响因素, 本文研究了周围建筑群的建筑布置形式和建筑面积密度对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应及其作用规律。运用计算流体力学(CFD)方法中的雷诺时均方法定常计算屋面平均风压,其中采用指数率风速剖面定义平均风速,采用重组化群 k?ε 湍流模型模拟湍流特性,并与风洞试验结果进行对比验证了数值模拟方法的准确性。通过在数值风洞中建立大跨穹顶结构与干扰建筑群的组合模型,考虑五种建筑布置形式、四种建筑面积密度和 0°~360°风向角, 分析穹顶屋面各区域在典型风向下和最不利风向下的风压系数和干扰因子,研究不同的建筑布置形式和建筑面积密度引起的干扰效应。结果表明,当来流上游和下游均有干扰建筑时屋面风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋面风压显著放大;考虑建筑布置形式,穹顶结构相对的两侧有干扰建筑是最不利布置形式,其中屋面的中心区域和紧邻干扰建筑的区域是干扰效应最剧烈的屋面区域,在结构设计中需要重点关注;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,屋面区域风压的“放大效应”和“缩减效应”均会随建筑面积密度的增大而加剧。本文的研究结果可为大跨穹顶结构的抗风设计提供依据。     

台风“玛莉亚”作用下风场结构特征现场实测研究

研究台风下不同环境风场结构特征变化规律对分析建筑结构的风效应和防灾减灾具有重要的指导意义。本文基于2018年8号台风"玛莉亚"过境时温州实测点A多普勒声雷达及实验楼B屋顶风速仪的风速实测数据,依据对数、指数和D-H模型理论,运用统计学的积差法及假设检验方法进行相关性分析,并对实测点A水平及竖向风剖面曲线进行变化规律探索,分析总结得到如下结论:不同地貌类型下高度相同两个相距6. 21km实测点的水平平均风速及风向线性变化具有高度相关性,风速越大、时段越短,则相关性越强;水平方向风剖面拟合曲线在影响期与指数律模型相当接近,在稳定期则趋于D-H模型,风剖面拟合粗糙度指数a随水平平均风速的增加而减小;由风廓线样本计算获得的边界层高度平均值为1 421 m,较荷载规范取值及良态风计算值分别增大3. 06倍、1. 78倍;相对水平方向,竖直方向平均速度变化激烈,竖向风廓线指数律拟合指数随竖向平均速度的增加而增大。