温州地区台风和下击暴流风场特征观测研究

利用风廓线声雷达在温州大罗山西北部的茶山地区从2019年4月到2021年9月对台风“利奇马”、“米娜”、“黑格比”以及2个下击暴流风场进行实测,获得了台风、下击暴流影响时的边界层风速剖面演变过程。比较各风场边界层规律：台风风场边界层最高,下击暴流次之,常态风场边界层最低。在台风中心30～129 km范围内,边界层高度沿气旋半径向外呈先增大后减小再增大的趋势。验证了二阶高斯拟合模型对于台风风场风剖面形态的适用性,实测台风近地50～400 m高度层均表现为D形风剖面,根据不同的参数取值,可以很好地拟合台风上部的S形风剖面。总结下击暴流风场演变过程的3个阶段：高层大风,影响时低层强风切变,影响后回归高层大风。验证了三阶高斯拟合实测模型与Oseguera与Bowles模型、Vicro模型、Wood与Kwok模型对于描述下击暴流风剖面形态的差异性。发现了滨海丘陵地形下实测的下击暴流风速均在100～400 m高度层先递减后递增。分析了台风风场与下击暴流的水平垂直方向风速相关性的差异,即台风风场与下击暴流分别在90～200 m、50～400 m高度层水平与垂直方向风速为正相关,均在近地层突变为负相关...     

台风风场简化理论模型的对比研究∗

台风风场模型的研究对于台风风场极值风速、巨浪的精确预报以及与之相关的灾害评估研究是极具现实意义的。系统介绍了Kepert提出的台风风场线性解析模型和Foster提出的基于相似理论求解的半解析模型。在Kepert解析模型的基础上进行改进,引入沿高度变化湍流扩散系数模型和受速度影响的拖曳系数模型,用半解析的方法对风场进行求解。借助Dropsonde现场观测台风风速剖面数据对本文提出改进模型的准确性进行验证。利用三种理论模型对实测海上台风表面风场进行模拟,与H*wind风场数据进行比较,验证不同模型之间的差别,并定量分析不同模型对台风表面风场特性的模拟能力。     

尖山地区复杂地形下的风场模拟

为了得到河南省新密市尖山"真型输电线路"实验基地所在复杂地形下的风场特征:平均风与脉动风特性,本文采用计算流体动力学的方法对尖山"真型输电线路"实验基地所在区域的风场进行数值模拟。数值模拟研究结果表明:平均风速剖面并不符合规范设计的对数和指数风剖面,而是近地面局地"速度加大(speed-up)"现象显著体现,同一高度风速会大于设计风剖面;进一步,平均风向、湍流强度、湍流积分尺度以及Reynolds应力剖面都很好地体现了局地地形的影响作用,其中风向是由于"风向影响(twist-effect)"机制影响。最后,通过分析脉动风速谱随风向的变化规律,得到适合尖山地区风速谱特征。     

强台风“尤特”近地风特性实测分析

基于建立在台风登陆较为频繁海岸的近地观测点,对强台风"尤特"登陆过程的风场特性进行了现场实测,获得了其风速、风向及风压的时程数据。通过对观测点周边测风塔的实测数据进行分析,获悉了强台风"尤特"登陆过程10 m高度处的最大瞬时风速为37.05 m/s,10 min时距下最大平均风速为26.31 m/s,并进一步得到了10 min时距下的平均风速与平均风向。分析了脉动风的湍流特性,结合经验公式探讨了阵风因子与湍流强度之间的相关性,并对二者进行了相关性拟合。研究了顺风向脉动风速功率谱,与各经验谱进行比较后得知,Karman谱与实测谱最为吻合。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,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。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

台风“海鸥”的风场实测与输电塔风振响应分析北大核心CSCD

为研究强风作用下输电塔风振动力响应的规律,选择代表性地貌下的典型输电塔进行监测,得到了台风"海鸥"经过时,多点边界层风特性的实测结果以及风致输电塔振动的真实动力响应。基于风速数据,着重分析了空间风场特性的各项参数,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。采集了输电塔横担和塔头塔身连接处振动加速度响应。分析了杆件薄弱部位的风振动应变响应,对杆塔在台风作用下的安全性进行了评估。为输电塔抗台风设计改进提供重要的实测数据支持。     

中信广场风场特性及风致结构振动的同步监测

通过对广州中信广场在台风“达维”作用下其风场与风致结构振动的现场同步监测，获得了台风风场和结构动力特性，及风致结构振动响应等相关结果。通过对现场测试数据的分析，验证了湍流强度随平均风速增大而减小和阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，实测的脉动风速谱与von Karman谱亦很吻合。同时通过对中信广场加速度响应与平均风速关系分析得出，该高层建筑物的顶部风速即使处于低中风速范围时，其横风向响应已接近于顺风向响应。根据实测风振加速度数据，对结构动力特性（频率及阻尼比）进行了识别，采用随机减量方法求得了结构在两个主轴方向第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。     

基于台风风场经验模型的海面风场数值模拟

为估算经过海面时摩擦力对台风风场造成的影响,引入了适用于从低风速到高风速计算的关于海面10 m高风速U_(10)的海面拖拽系数C_d的表达式,进一步发展了以Vickery台风风场模型为基础的台风风场经验模型。然后,将利用不同Charnock常数μ计算得到海面拖拽系数C_d随U_(10)的变化情况与实测数据进行了对比。最后,将台风风场经验模型应用于台风"黑格比"期间经过海面时台风风场的数值模拟。将计算得到的台风1 h平均风速与海面观测塔获取的观测数据进行了对比。研究结果表明,基于此海面拖拽系数C_d表达式的台风风场经验模型能对经过海面时的台风风场进行很好的模拟。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

高压输电塔线耦联体系风振响应有限元分析与现场实测对比研究

采用ANSYS软件建立了华东电网某500kV高压输电线路结构的三塔两线空间有限元模型,将线路实测的台风"韦帕"风速记录转换为风荷载,进行了该塔线耦联体系的非线性风振响应分析,有限元模型计算结果与现场实测加速度响应吻合较好,说明文中建立的高压输电线路结构的有限元模型是合理的,可以较为准确地分析塔线耦联体系的风振响应。在此基础上,研究了设计风速作用下塔线耦联体系的风振响应,并与规范拟静力响应作了比较。结果表明:在设计风速时,线路中输电塔主要受力构件的内力接近钢材的屈服强度设计值,有引发塔架破坏的可能。按现行输电线路结构设计规程设计的输电塔结构在设计风速作用时是偏于不安全的,输电线路结构设计时需要考虑塔线之间的耦合作用对输电塔动力响应的影响。     

城市轨道交通引起的地面振动传播研究

对苏州轨道交通2号线引起的地面振动采用加速度传感器进行实测,研究其传播规律,并通过有限元软件建立了隧道-土层三维模型,模拟了轨道交通所引起的不同距离地面振动响应,并与实测数据进行了对比验证。结果表明:轨道交通在圆曲线段引起的地面水平振动加速度有效值在距离隧道中心线12m以内的范围内是竖向振动加速度有效值的2倍左右,在12m范围以外地面水平和竖向振动加速度有效值大小相当;轨道交通对距离隧道中心线25m以外的地面水平振动加速度已无明显影响,而竖向振动的影响更远;轨道交通在圆曲线段引起地面水平振动的主要频率为30~125Hz。轨道交通引起地面竖向振动的主要频率为40~100Hz。竖直方向在6~12m范围内存在振动放大区,10Hz以下的低频水平方向上的振动在距离隧道中心线12~17m范围内放大,提示地铁周围这一范围内的建筑需要特别关注。     

高G值LRB隔震橡胶支座水平性能的压力相关性影响因素分析

采用反复加载的试验方法,研究了G值大于等于0.8 MPa的LRB支座在不同水平加载频率、不同水平应变、不同竖向力加载顺序、不同内部橡胶G值(0.8、1.0、1.2 MPa)以及不同温度情况下的水平性能竖向压应力相关性。分析了上述各种因素对高G值LRB支座的屈服后刚度及屈服力竖向相关性的影响程度,给出了综合考虑上述各种因素后拟合的经验公式。研究表明,水平加载频率、水平应变及支座内部橡胶G值对其影响较小,而竖向压力的加载顺序及温度对其有一定程度的影响。综合各种因素,支座屈服后刚度整体随竖向压力的增加而线性减少,屈服力随压力的增加而线性增加。在高压状态下屈服力的拟合经验公式应用,应充分估计其误差。     

铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究

以狮子洋隧道为工程背景,对不同火源热释放速率、不同通风风速、不同坡度及不同断面当量直径情况下的火灾进行了数值模拟。分析了隧道烟气逆流层长度的变化规律,并对模拟数据进行了拟合。结果表明,隧道烟气逆流层长度与通风风速、火源热释放速率、隧道断面当量直径的自然对数值拟合均符合直线关系,呈递增或递减变化;坡度对烟气逆流层长度的影响随通风风速的增大而减弱。在分析烟气逆流层长度变化规律的基础上,建立了烟气逆流层长度与火源热释放速率、通风风速及断面当量直径的关系式,通过对数据拟合获得了烟气逆流层长度公式,该公式推导合理,并有所创新。     

基于增量动力分析的近场框架结构楼层加速度响应研究∗

地震作用一般可分解为两个水平分量和一个竖向分量。近场地震的竖向分量较大,但水平与竖向地震动共同作用下楼层组合加速度响应的影响鲜有研究。以三个不同高度的规则钢框架结构作为研究对象,选择与竖向目标谱匹配的竖向地震动及对应的水平向地震动共同作为地震输入,定义楼层水平和竖向绝对加速度的 SRSS 值为楼层组合加速度,研究结构最大水平加速度与组合加速度的比值沿着楼层高度的变化趋势。随后开展增量动力分析,经 KS 检验,发展了最大水平加速度与组合加速度比值的超越概率模型,分析水平加速度占比与地震强度的关系。最后,提出水平加速度占比沿结构高度分布的经验拟合公式。结果表明,随着结构楼层相对位置高度的增加和地震强度的增大,水平加速度占比逐渐减小,且近场非脉冲地震动下的水平加速度占比大于脉冲地震动。提出的拟合公式能够较好地反映水平加速度占比的变化趋势。     

海南省台风特点与灾情评估时空关联分析

基于2014-2018年海南省气象、台风灾情及社会经济数据,构建海南省台风致灾因子指数与灾情评估指数模型,揭示两者的时空分布特征及关系。结果表明:近年来,影响海南省的台风主要集中在7-9月份,强度中等偏弱;各市(县)致灾因子指数数值在0.08～0.92之间,危险性最高值分布在北部的文昌、海口和澄迈县,西部和南部危险性较低。多年平均历史灾情指数数值在4.47～11.76之间,高值区位于北部的文昌、海口和西北的白沙县,南部损失较轻。历次台风灾情指数与最大日降雨量、极大风速、台风强度和台风持续时长等致灾因子的相关系数分别为0.88、0.74、0.63和0.55;历史灾情指数与致灾因子指数相关系数为0.76,二者呈现较好的相关性和空间一致性。     

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。     

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。     

风场类型对高层建筑风致响应的影响研究

风荷载是影响高层建筑安全性的重要因素之一,而不同的风环境会对高层建筑的风致响应存在不同程度的影响,基于此背景,本文通过高层建筑多自由度气动弹性模型风洞试验,获得了结构原始加速度时程曲线,采用随机减量法对其气动阻尼进行识别,分析了风场类型对高层建筑气动阻尼比和风致加速度响应的影响。结果表明:横风向气动阻尼比随折减风速的变化起伏较大,顺风向气动阻尼比随折减风速的增大而增大;折减风速小于特定值时,地貌类型对气动阻尼影响较小;随着风场类型从A类变化为D类,结构横、顺风向的气动阻尼比的变化趋势趋于平缓,气动阻尼比的正峰值减小,正峰值风速增大。高层建筑横风向的加速度响应大于顺风向;风场类型从A类变化为D类的过程中,横、顺风向的加速度响应均减小。风向角对气动阻尼比和加速度响应均存在较明显的影响。     

考虑中间主应力的粗粒土扰动状态应力—应变模型

基于统一强度理论与扰动状态概念(DSC),考虑洛德参数影响,建立了同时考虑中间主应力(IPS)和扰动影响的粗粒土IPS-DSC应力—应变模型。根据某坝基粗粒料三轴剪切试验结果,采用拟合方法对IPS-DSC模型参数进行反演和优化,模拟曲线和试验曲线对比显示两者基本吻合,说明该模型能较好地描述粗粒土应力应变特性。进一步研究表明,其洛德参数、中间主应力系数及扰动影响参数对粗粒料应力应变曲线影响较大,粗粒土应力应变曲线先随洛德参数增大上升至临界值,后随洛德参数增大而下降,软化现象先减弱后增强;随中间主应力系数的增大,呈上升趋势,峰值增加明显,软化现象更加突出;随扰动影响参数增加而上升且软化现象有所减弱。     

返包式土工格栅加筋路堤现场试验与数值分析∗

结合一座土工格栅加筋路堤的建造施工,埋设土压力盒、柔性位移计等元器件,测试了路堤在施工过程中竖向土压力、水平土压力、土工格栅拉应变的分布规律,并在此基础上开展了加筋路堤的数值分析,研究了加筋路堤的变形与潜面滑裂面形态。结果表明：①土工格栅加筋路堤内竖向土压力随路堤填高的增加而增大,在沿土工格栅布设方向上竖向土压力呈“单峰”状分布,峰值出现在土工格栅中部附近;②坡面生态袋后水平土压力较小,且受路堤边坡侧向变形的影响明显,加筋体后的水平土压力随填土高度增加近似线性增大;③路堤内各层土工格栅主加筋部分的拉应变在布筋方向上也为“单峰”状分布,峰值一般都出现在距坡面 3.5 m 处;④坡面返包部分筋材的拉应变主要产生于上部相邻两层填土施工期间;⑤加筋路堤的潜在破裂面可简化为 0.35H 的折线型。