工程抗风之自然风特性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章自然风特性,2.1,大气边界层与风速分级,大气边界层,距地表,500700,米范围内的大气，大气边界层的风速受地理位置、地形条件、地表粗糙度等的影响。,平均风速与脉动风速,蒲氏风力等级表,2.2,平均风速特性,2.2.,平均风速沿高度的分布,风速剖面,.,对数律,.,指数律,表,5-2,地表粗糙度分类,地表粗糙度,地表状况,a,边界层高度,(,m,),A,海上、海岸,0.12,500,B,农地、田园、平坦开阔地；树木及低层建筑物等稀少地区,0.16,600,C,树木及低层建筑物等密集地区；,中、高层建筑物稀少地区；,平缓的丘陵地,0.22,700,D,中、高层建筑物密集地区；,起伏较大的丘陵地,0.30,700,确定地表类型考虑的场地范围,2.2.2,基本风速和基本风压,基本风速,桥梁所在地区中的开阔平坦地面以上,10m,高度处,100,年重现期的,10min,平均年最大风速,确定基本风速涉及以下要素,标准高度,10m,标准地面粗糙度类别,B,类,平均风速时距,10min,最大风速样本,年最大风速,最大风速的重现期,100,年,平均风速的概率分布类型,极值,型,重现期换算系数,T(,年,),5,10,20,30,50,100,K,0.697,0.771,0.814,0.882,0.932,1.0,用极值,型分布求基本风速,年份,1989,1990,1991,1992,1993,1994,1995,1996,1997,1998,年最大风速,(,m/s,),15.0,22.7,15.3,14.0,12.3,17.0,18.3,16.3,19.0,14.0,例题,某地区,1989-1998,年,10,年的风速记录见下表,2.,3.,1.,、基本风压,基本风压,空气密度,基本风速,2.,脉动风速特性,风速的脉动特性对工程结构的作用十分重要，其原因在于：,刚性结构要受到脉动风速所产生的阵风荷载,柔性结构在脉动风速作用下会发生动力响应,结构的空气动力特性会受到气流脉动的影响,对风速记录的分析表明，如果忽略初始阶段的严重的非平稳区域，脉动风十分接近于平稳随机过程。,均值,方差,下图 表示一条强风记录的一段曲线，它的概率密度很接近于正态分布，因而可将脉动风近似作为高斯过程来考虑，求出均值,U,和均方根值,后，由下式可求出具有一定保证率的最大设计风速,、紊流强度,脉动风速的均方根值,反映风速脉动的强弱程度，定义紊流强度为,紊流强度与平均风速的大小，地表粗糙度等有关，紊流强度随高度变化可以用下式表达：,、脉动风速功率谱（风谱）,由于桥梁结构自振周期较长，在抗风设计中应考虑阵风带风谱。对于个方向的脉动风速分量，有三个风速谱。对桥梁而言，顺风向风谱和竖向风谱最为重要。,近地面水平风速的功率谱,（美国,Brookwen,100m,高处测得）,我国桥梁抗风设计中，推荐采用的风谱为：,顺风向,Kaimal,谱,竖向,Panofsky,谱,、紊流积分尺度,紊流积分尺度是度量紊流中气团大小的平均尺度的量,、紊流空间相关性,相干函数,强风观测表明，空间各点的风速风向并不是完全同步的，甚至可能是完全无关的。对桥梁而言，空间相关性主要考虑侧向左右相关，竖向上下相关。,、阵风风速,