沿海地區(qū)和山區(qū)峽谷強(qiáng)風(fēng)特性分析及其對結(jié)構(gòu)影響研究.pdf

1、隨著橋梁跨徑的迅速增長，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性及使用性常受到惡劣自然環(huán)境的影響，其中山區(qū)與沿海地區(qū)強(qiáng)風(fēng)作用對橋梁結(jié)構(gòu)的影響成為大跨橋梁建設(shè)及運(yùn)營過程中不可忽視的控制因素之一。沿海地區(qū)受臺風(fēng)侵襲嚴(yán)重，臺風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向改變迅速，陣風(fēng)特性、脈動特性等與良態(tài)風(fēng)具有較大差異;山區(qū)復(fù)雜的地形地貌對風(fēng)速影響極大，風(fēng)向、風(fēng)速呈現(xiàn)明顯時空差異性。鑒于此，本文以沿海地區(qū)西堠門大橋和山區(qū)青草背長江大橋?yàn)楣こ瘫尘?，基于橋址附近?shí)測的大量風(fēng)速數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了臺風(fēng)風(fēng)場和山

2、區(qū)風(fēng)場的脈動特性、非平穩(wěn)特性及其風(fēng)致效應(yīng)，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于沿海地區(qū)臺風(fēng)和山區(qū)強(qiáng)風(fēng)實(shí)測風(fēng)速數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)分析方法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法(EMD)、離散小波變換(DWT)對風(fēng)速序列進(jìn)行了時變平均風(fēng)速的提取與分離，討論了多種分析方法下平均風(fēng)速隨時間的變化特性，發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)端臺風(fēng)同時兼具強(qiáng)臺風(fēng)與良態(tài)風(fēng)的特性;通過罰函數(shù)對比法求解了風(fēng)速序列統(tǒng)計(jì)時距，發(fā)現(xiàn)沿海強(qiáng)風(fēng)風(fēng)速序列的統(tǒng)計(jì)時距劃分結(jié)果與我國規(guī)范推薦10min固定時距較為接近，山

3、區(qū)風(fēng)統(tǒng)計(jì)時距劃分結(jié)果與規(guī)范相差較大。
　　(2)以實(shí)測風(fēng)速數(shù)據(jù)為背景，采用多種計(jì)算方法對比分析了臺風(fēng)風(fēng)場和山區(qū)風(fēng)場強(qiáng)風(fēng)時段內(nèi)紊流強(qiáng)度、陣風(fēng)因子以及功率譜的變化特征，通過研究陣風(fēng)因子隨紊流強(qiáng)度變化關(guān)系以及不同計(jì)算時距條件下陣風(fēng)因子的換算關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了順風(fēng)向陣風(fēng)因子和紊流強(qiáng)度之間存在較強(qiáng)的線性相關(guān)性，陣風(fēng)因子隨陣風(fēng)計(jì)算時距的變化規(guī)律可以用高斯函數(shù)加以描述;此外，基于罰函數(shù)對比法提出時變紊流強(qiáng)度理論算法，研究了平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)時距及時變特性對

4、陣風(fēng)因子和紊流強(qiáng)度的影響，一定程度上減小了平均風(fēng)速對紊流強(qiáng)度的影響進(jìn)而使其準(zhǔn)確表達(dá)風(fēng)場脈動紊流特性。
　　(3)以橋址處實(shí)測風(fēng)速樣本為對象，分別使用輪次檢驗(yàn)法和希爾伯特-黃變換討論了沿海地區(qū)和山區(qū)風(fēng)場中風(fēng)速序列在幅值和頻率上的非平穩(wěn)特性，并探討了樣本時長和窗口時長對其非平穩(wěn)特性的影響;最終通過與良態(tài)風(fēng)非平穩(wěn)性對比分析，給出了區(qū)分良態(tài)風(fēng)與強(qiáng)風(fēng)非平穩(wěn)程度的定量評價指標(biāo)。
　　(4)基于現(xiàn)代控制理論對動態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的描述方式，建立橋