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。     

定日镜的风压分布与脉动特性

定日镜结构的形体特殊,不同于普通的建筑结构.采用表面测压技术对定日镜模型进行了三维风荷载风洞试验,得到了各测点风向角0°～180°范围内,竖向角为0°～90°情况下,镜面平均风压和脉动风压的分布,重点探讨了镜面脉动风压特性.研究结果表明脉动风荷载功率谱变化受湍流风速和旋涡脱落的影响,并与斯托哈罗数有关;镜面正反两侧脉动风压主要呈正相关特性,在顺风向情况下相关系数较小,横风向情况下相关系数较大;风向角及竖向转角较小时,脉动风压更好地符合高斯分布.     

宁沪高速公路雾事故特征及雾危险指数研究

统计了2008-2015年宁沪高速公路上由雾造成的交通事故92起,分析了雾事故与雾发生频率之间的关系,研究发现,雾事故易发生于秋冬季,而冬季由于路面摩擦系数较低更易出现事故;经过比较,能见度低于100 m的条件下雾事故发生概率较大;早晨6-8时为雾事故发生的高峰期,这与此时段雾发生频率较高及车流量加大有关;宁沪高速的西段为雾事故及雾发生频率较高的路段;分析了雾事故发生时的能见度与湿度、温度和风速的关系;利用能见度区间,雾日变化特征,摩擦系数及雾站点覆盖率制定了宁沪高速雾危险指数NHFI,并利用Spearman秩相关系数法分别比较了NHFI,雾日数与雾事故数的相关性,结果显示NHFI评价路段危险性要比单纯用雾日数更合理和精确。通过利用数值模式计算每段路的NHFI可以预测宁沪高速危险指数及危险路段分布。     

大尺度稳态强风地区考虑建筑风效应方向性的新方法∗

首先,介绍了美国、新西兰和日本风荷载规范中关于方向性处理方法的优劣。其次,基于多元极值和条件概率理论,提出了一种按不同风向平均风速极值相互独立处理风荷载/效应方向性的新方法。再次,以哈尔滨、北京和济南为例,分析了我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值的相关性特征。最后,以一鞍型屋盖为例,分析了其在大尺度稳态强风地区(以哈尔滨、北京和济南为例)不同建筑朝向下风荷载/效应极值的方向性特征,阐明了美国、新西兰和日本规范中方向性处理方法的局限性,验证了新方法的有效性。研究结果表明：(1)我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值趋近于相互独立;(2)所提新方法可以方便、准确的考虑方向性,合理确定风荷载/效应极值;(3)建议该方法作为我国风荷载规范处理风荷载/效应极值方向性的一个方案。     

总体样本风速风向联合概率分析方法

提出了针对总体样本的风速风向联合分布的实用统计分析方法。假定任意给定风向上的风速符合某一概型分布、风向间的关联以风速资料的相对发生频率反映、不同风向间的概型参数及频率分布的变化满足谐波函数,在此基础上,利用风速风向资料的总体样本可以得到一个能够反映任意方向的风速风向联合分布函数。利用澳门地区的百年风资料与某风站连续5年的风速观测记录,对该方法的可行性进行了验证。分析表明,该方法具有一定的适用性,便于结构的抗风可靠性分析,具有一定的工程应用价值。     

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。     

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。     

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。     

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。     

黄淮海地区干热风灾害致灾因子时空特征分析

黄淮海地区是我国冬小麦主产区,也是干热风灾害危害最重、影响最广的地区,本研究利用黄淮海冬麦主产区81个站点1961-2017年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,分析了该地区小麦成熟期和干热风致灾因子的时空变化特征。在81个测站中,有23个成熟期提前趋势显著或极显著,但大部地区成熟期变化趋势不显著,有63%的站点未通过显著性检验。对干热风致灾因子达标日数和相似系数的分析表明,达到干热风灾害阈值的概率依次为14:00风速>14:00相对湿度>日最高气温,最高气温是形成干热风的主要限制因素,轻干热风的发生最高气温和相对湿度起主要作用,重干热风则是高温胁迫起决定作用,低湿条件使胁迫加重,风速只起辅助作用。揭示了该地区干热风危害总体减轻的气象条件基础,即干热风3要素表现为最高气温略降、14:00相对湿度略增、14:00风速明显减小的特征,3要素均向有利于减轻干热风发生的方向变化,对于冬小麦籽粒灌浆和产量形成是有利的。但灌浆成熟期内最低气温的显著升高,意味着气温日较差减小、小麦夜间呼吸消耗增大,对其干物质积累和产量形成带来潜在不利影响。     

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。     

基于主成分分析和结构方程模型的青海高原雷电环境特征

利用青海省53个气象台站的最小相对湿度、最大日降水量、冰雹日数、霾日数、雾日数、蒸发量和最大风速等观测资料和闪电定位资料,通过主成分分析和结构方程模型分析,研究闪电日数与以上各气象因子的关系以及青海省雷电环境特征,以期为青海省雷电灾害的防御和评估提供科学依据。研究结果表明：青海省年闪电日数在2.1～119.0 d之间,两个高值中心在玉树州南部和海南州北部,雷电活动最为密集、闪电发生频率最高的地区主要分布在青海省东部、玉树州、果洛州等地区;主成分分析、逐步回归分析和结构方程模型计算结果表明,冰雹日数、最大日降水量、最小相对湿度与闪电日数关系最为密切,均对雷电日数具有正向影响。     

内蒙古乌审旗风沙活动规律研究

对乌审旗境内的的乌审召、达布察克镇和河南乡3个气象站记录的沙尘天气和风速风向数据进行了分析计算,结果表明,每年平均沙尘暴日数都在6d以上,其中扬沙型风沙天气占76%,其余为扬沙-沙尘暴型的沙尘天气。风沙活动日数年际变化较大,1978年以来呈减少趋势。风沙活动强度自北向南逐渐减弱,起沙风持续时间以北部的乌审召乡最长,达到10518h.,其次是达布察克镇,为2988h.,河南乡最小,为2736h.境内的主害风为西北风,包括WNW,NW,NNW,N、W五个风向,多年平均起沙风的持续时间占所有起沙风的74.2%。乌审旗整体处于中风能环境,境内合成输沙量最大的乌审召为17504.19kg/(m.a),达布察克镇与河南乡分别只有乌审召的1/4左右。在W,WNW,NW,NNW,N五个风向上的输沙量总和平均占各站总输沙量的76%左右。因此,应在该旗上风向加强风沙灾害的监测与防治。     

我国沿海风暴潮灾害发生频率空间分布研究

基于我国沿海验潮站和水文站典型重现期数据,综合考虑风暴增水和超警戒潮位,分析了我国沿海一般潮灾、较大潮灾、严重潮灾、特大潮灾的发生频率,揭示了不同等级潮灾的发生频率在我国沿海空间分布特征。结果表明我国沿海大部分地区受风暴潮灾害影响,鸭绿江口沿岸、河北秦皇岛和唐山北部沿岸、成山头-青岛沿岸、广西防城港沿岸、海南东南部和南部沿岸风暴潮灾害发生的强度和频率都不大;渤海湾、莱州湾、长江口、杭州湾等区域是风暴潮易发区,发生特大潮灾概率较低但严重潮灾发生的频率较高;福建北部福州到浙江南部台风沿岸、广东珠江口到阳江沿岸、雷州半岛东部沿岸是风暴潮灾害严重区,特大潮灾发生频率最高。基于不同等级潮灾发生频率的空间分布提出了我国沿海风暴潮灾害防御对策与建议。     

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。     

大跨度多肢屋盖风荷载特性试验与模拟研究

我国现有建筑荷载规范对复杂大跨度结构的风荷载取值缺乏明确规定。因此,以成都某超大跨度多肢屋盖形式的航站楼为例,采用刚性测压模型风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了该超大跨度屋盖在24个风向角下的风荷载分布规律,并对比验证了现有计算流体动力学方法对复杂大跨屋盖风荷载模拟的有效性和准确性。结果表明:大跨度多肢屋盖上表面基本为负压,各分肢由于外挑屋檐弧度大、转角多、顺风深度窄,屋盖负压值较其他区域更大,是此类屋盖设计时应重点加强的部位;270°为最不利风向角,由于迎风宽度较大,C指廊迎风向屋檐转角处平均风压系数达到-1.4。0°风向角下由于周边建筑高度较低,进深较短,尾流对试验段航站楼影响基本可以忽略;负风压系数负值沿屋檐外轮廓曲线变化呈两端大中间小的趋势。数值风洞对平均风压系数的模拟结果与试验结果吻合较好。     

福建沿海历史街区风荷载特性数值模拟与风险防控方法

通过ANSYS Fluent软件选用RNG k-ε湍流模型,以福建沿海历史街区为对象,数值计算分析街道形态与路网形式对极值风压系数分布的影响并探讨风灾防控的策略。研究表明:单一街道在全风向下高宽比(1.33)产生爬越流时极值负压系数绝对值较大,最大负压系数绝对值产生于风向与街道垂直且高宽比最大(1.33)的条件下;随风向由垂直于街道变为平行,多条街道相交与单一街道风压系数变化一致:整体的正、负压系数绝对值和范围均大幅度降低,单一街道、同一高宽比的极值负压系数绝对值最大降低64.74%,平均降低了43.93%。对三坊七巷与和平路历史街区造成风致破坏的最重要因素是临近历史街区的高层建筑带来的极值正压与负压系数,其次为开敞空间与街区道路走向。极值负压系数绝对值在建筑间距/高度3.5～5.8时成正相关,拟合曲线为抛物线,在建筑间距/高度大于5.8时极值负压系数绝对值均趋于稳定值。当风向与方格路网垂直时,高密度低矮建筑的风荷载极值与建筑所在的道路走向(平行或垂直)不相关。历史街区的风灾防控可从绿化配置和建设控制地带建筑优化两方面实现。     

雾天高速公路交通安全气象风险模型研究

利用2012年1月至2017年3月苏皖地区京沪、京台、宁洛高速公路路段雾天交通事故信息及沿线气象站观测资料,以小时内事故发生概率作为雾天交通安全状态的表征指标,采用随机森林-递归特征消除算法从能见度、相对湿度、风、气温、变温、发生时间等信息中选择14个重要变量,建立雾天高速公路交通安全气象风险模型,并开展应用与检验。结果表明：80.85%的事故样本对应较高及以上风险级别,其中高风险和极高风险的比例分别为27.66%和42.55%;同时,89.93%的对照样本发生在极低和低的安全风险级别内;模型预测精度较高,可以为雾天环境下的交通气象服务及防灾减灾工作提供一定参考。