臺風(fēng)“布拉萬”登陸過程中的風(fēng)場特性分析.pdf

1、我國沿海是遭受臺風(fēng)影響特別嚴(yán)重的區(qū)域，且大跨徑結(jié)構(gòu)物受臺風(fēng)天氣的影響尤為突出，結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工都把風(fēng)荷載當(dāng)作重要荷載因素，臺風(fēng)天氣條件下的風(fēng)場特性研究已經(jīng)受到越來越多科研部門的重視。臺風(fēng)信號是典型的非線性非平穩(wěn)過程，現(xiàn)有的時頻分析方法難以對風(fēng)場非平穩(wěn)特性進(jìn)行定量分析，大部分研究都是基于定性評價，無法滿足工程和研究領(lǐng)域的要求。大跨度橋梁橋位處風(fēng)場特性研究在橋梁風(fēng)工程領(lǐng)域中占有重要地位，目前，大部分橋梁橋位處風(fēng)場特性研究都是基于一個固定橋位處

2、，而大跨度橋梁不同橋位處臺風(fēng)風(fēng)場特性的比較研究甚少?，F(xiàn)行規(guī)范中也缺少對臺風(fēng)作用下的相關(guān)荷載規(guī)定，臺風(fēng)作用下的風(fēng)場特性和結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的研究矛盾日益增大。
　　針對上述問題，本文基于西堠門大橋上觀測的臺風(fēng)“布拉萬”登陸過程中的風(fēng)特性數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行風(fēng)特性參數(shù)研究和臺風(fēng)信號非平穩(wěn)特征定量分析。主要研究內(nèi)容為:
　　1.臺風(fēng)特性觀測。分析臺風(fēng)“布拉萬”觀測過程，實時觀測記錄臺風(fēng)過程中的基本風(fēng)要素的變化過程，對記錄的風(fēng)特性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與

3、處理，且介紹了臺風(fēng)登陸路徑、風(fēng)特性觀測的儀器以及觀測位置。
　　2.臺風(fēng)登陸過程湍流特性分析。分析了臺風(fēng)過程中平均風(fēng)速風(fēng)向風(fēng)攻角、風(fēng)剖面及相關(guān)系數(shù)、紊流度、陣風(fēng)因子、紊流積分尺度及脈動風(fēng)速功率譜等特性，得出臺風(fēng)“布拉萬”水平向平均風(fēng)速呈單峰分布?xì)v程，10分鐘平均時距風(fēng)向從179°減小到59°，變化值為120°;陣風(fēng)因子隨紊流度的增大而增大，三向紊流度和陣風(fēng)因子都隨平均風(fēng)速的增大而減小，紊流度三個分量均值之間的比值為Iu∶Iv∶Iw

4、=1∶0.83∶0.382，臺風(fēng)過境前后期實測譜與Von Karman譜擬合效果較臺風(fēng)過境中期好。
　　3.大跨徑橋梁不同橋位及不同時距的脈動特性對比分析?；谖鬈╅T大橋上七個觀測站的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行臺風(fēng)風(fēng)場脈動特性對比研究，并進(jìn)行近地面和超高空臺風(fēng)風(fēng)場特性以及臺風(fēng)登陸不同過程湍流特性的比較研究。得出不同橋位及不同時距臺風(fēng)風(fēng)場脈動特性存在差異，超高空橋塔測點平均風(fēng)速和風(fēng)向角明顯高于近地面主梁處測點，各測點平均風(fēng)速值大小存在差異，平均時

5、距取1min和10s的風(fēng)特性參數(shù)更能反映臺風(fēng)風(fēng)場的脈動特性，近地面臺風(fēng)風(fēng)場的順風(fēng)向與橫風(fēng)向陣風(fēng)因子比值要高于超高空臺風(fēng)風(fēng)場，不同橋位臺風(fēng)風(fēng)場的風(fēng)譜特性存在差異性，且近地面和超高空脈動風(fēng)速譜特性同樣存在差異性。
　　4.臺風(fēng)信號非平穩(wěn)特性遞歸定量分析。為解決傳統(tǒng)時頻分析方法無法定量表征風(fēng)信號的非平穩(wěn)特征問題，提出采用新的非平穩(wěn)信號處理方法——遞歸圖及遞歸定量分析理論，對臺風(fēng)風(fēng)場的非平穩(wěn)特性進(jìn)行可視化和定量化研究。主要內(nèi)容為:首先利用

6、遞歸定量分析理論對UA01觀測站實測的臺風(fēng)信號進(jìn)行遞歸定量分析，然后采用相空間重構(gòu)技術(shù)和遞歸圖理論對臺風(fēng)典型時間序列進(jìn)行非平穩(wěn)特性的定性分析，最終基于定量和定性分析結(jié)果，給出區(qū)分臺風(fēng)信號平穩(wěn)和非平穩(wěn)的6項定量指標(biāo)界限，之后采用UA03觀測站的實測臺風(fēng)信號驗證了本文劃定的臺風(fēng)信號平穩(wěn)和非平穩(wěn)的6項定量指標(biāo)界限的準(zhǔn)確性。
　　5.是基于HHT理論的臺風(fēng)信號非平穩(wěn)特征分析。利用HHT理論對UA03觀測站的實測臺風(fēng)信號進(jìn)行非平穩(wěn)特征分析，