DB43∕T 2144-2021 桥梁建设抗风设计气候可行性论证技术规范(湖南省).pdf
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1、桥梁建设抗风设计气候可行性论证技术规范Technical specification for climate feasibility demonstration of wind resistant design of bridge construction发 布湖南省市场监督管理局43DB43/T 21442021 湖南省地方标准ICSCCS 07.030A 472021-08发布-292021-10实施-29DB43/T 21442021 I 目 次 前言 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 一般规定 3 5 气象观测塔建设及观测 3 6 参证气象站选取及资料收集
2、4 7 桥位区气候特征与气象灾害分析 5 8 设计风速推算 5 9 桥位区近地层湍流特征值及风攻角计算 6 10 桥位区风参数数值模拟 7 11 报告编制 7 附录 A(规范性)桥梁建设抗风设计气候可行性论证技术流程图 8 附录 B(规范性)t 检验方法 9 附录 C(资料性)比值法 10 附录 D(资料性)概率分布函数 11 附录 E(资料性)地表粗糙度系数分类 14 附录 F(资料性)三维超声风速仪有效数据判别 15 附录 G(资料性)脉动风速的计算方法 16 附录 H(资料性)湍流功率谱密度的计算方法 17 参考文献 18 DB43/T 21442021 II DB43/T 214420
3、21 III 前 言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由湖南省气象局提出。本文件由湖南省气象标准化技术委员会归口。本文件起草单位:湖南省气候中心、湖南省交通规划勘察设计院有限公司、湖南省气象科学研究所。本文件主要起草人:曾向红、吴浩、李瑜、蒋元华、杜东升、段丽洁、吴贤云、汤亦豪、郭凌曜、崔剑锋。DB43/T 21442021 IV DB43/T 21442021 1 桥梁建设抗风设计气候可行性论证技术规范 1 范围 本文件规定了大型桥梁建设抗风
4、设计气候可行性论证的工作流程、气象观测塔建设、资料收集及处理、数值模拟、设计参数推算及报告编制等内容。本文件适用于大型桥梁建设抗风设计气候可行性论证。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 352212017 地面气象观测规范 总则 GB 500092012 建筑结构荷载规范 GB 500572010 建筑物防雷设计规范 GB 501352019 高耸结构设计规范 JTG/T 3360012018 公路桥梁抗风设计规范 Q
5、X/T 118 地面气象观测资料质量控制 QX/T 4232018 气候可行性论证规范 报告编制 QX/T 4262018 气候可行性论证规范 资料收集 QX/T 4362018 气候可行性论证规范 抗风参数计算 QX/T 4382018 桥梁设计风速计算规范 QX/T 4492018 气候可行性论证规范 现场观测 QX/T 4692018 气候可行性论证规范 总则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 风速时距 wind speed interval 计算平均风速所使用的时间间隔。来源:QX/T 4382018,2.1 3.2 地面粗糙度 surface roughness 反
6、映地表起伏或地物、植被等高矮、稀疏的程度。来源:QX/T 4382018,2.2 3.3 重现期 return period DB43/T 21442021 2 某一事件重复出现的平均间隔时间。来源:QX/T 4382018,2.4 3.4 参证气象站 reference meteorological station 气象分析计算所参照或引用的桥梁所在地区或者邻近地区具有长年代气象数据的国家气象观测站。注 1:长年代一般不少于 30 年。注 2:国家气象观测站包括 GB/T 4852019气象观测站分类及命名规则中定义的气候观象台、基准气候站和基本气象站。来源:QX/T 4232018,3.1
7、,有修改 3.5 基本风速 basic wind speed 参证气象站 10m 高度、重现期 100 年、10 min 平均的年最大风速。来源:JTG/T 3360012018,2.1.1,有修改 3.6 桥梁设计基本风速 basic wind speed at bridge site 桥址地面或水面以上 10 m 高度、重现期 100 年、10 min 平均的年最大风速。来源:JTG/T 3360012018,2.1.2,有修改 3.7 设计基准风速 reference wind speed 桥梁或构件基准高度、重现期 100 年、10 min 平均的年最大风速。来源:JTG/T 3360
8、012018,2.1.3,有修改 3.8 桥梁设计基准风速 bridge reference wind speed 特指桥梁主梁基准高度处的设计基准风速。来源:JTG/T 3360012018,2.1.4 3.9 风攻角 wind attack angle 风的来流方向与水平面产生的夹角。来源:JTG/T 3360012018,2.1.5,有修改 3.10 风切变指数 wind shear exponent 用于描述风速随高度变化的幂函数中的指数。来源:QX/T 4362018,3.6 3.11 风速标准差 standard deviation of wind speed 一组风速值与其平均值
9、的离差平方和的算术平均数的平方根。注:它反映一组风速值的离散程度。来源:QX/T 4362018,3.7 3.12 湍流强度 turbulence intensity 风速标准差与平均风速的比率。注:用同一组测量数据和规定的周期进行计算。来源:QX/T 4362018,3.8 DB43/T 21442021 3 3.13 阵风风速 gust speed 1 s3 s 时距的瞬时风速值。来源:QX/T 4362018,3.9 3.14 阵风系数 gust factor 由平均风速推算阵风风速的比例系数,通常采用 3 s 最大阵风风速与 10 min 平均风速的比值。来源:QX/T 4362018
10、,3.10 4 一般规定 4.1 桥位区设计基准风速的推算主要是(水平方向)风速放大系数和(垂直方向)风切变指数的计算或确定;数值模拟结果主要用于确定桥位区无气象观测或观测资料代表性不好时放大系数和风切变指数的确定。4.2 主要技术内容包括:桥址处气候特征分析,重点是风的气候特征;主要气象灾害的调查,重点是大风灾害;设计基准风速的推算;大气湍流参数计算分析等。4.3 桥梁建设抗风设计气候可行性论证技术流程见附录 A。5 气象观测塔建设及观测 5.1 观测点选址 5.1.1 观测点宜按下列原则选址:1)选择在桥位附近四周开阔,不受遮挡,能代表桥位区域大风特征,且不受桥梁建设工程施工与运行影响的位
11、置。2)人员较容易到达、无线传输信号较好且不影响施工的位置。5.1.2 按 QX/T 4492018 要求进行塔址勘察。5.1.3 观测塔宜建在大桥的跨中附近,根据桥址处的地形特征对备选观测塔位置的气候特征进行评估后,筛选确定观测塔最终位置。如果跨越峡谷、地形复杂,宜在大桥两岸分别建立观测塔。5.2 观测设计技术要求 5.2.1 观测塔高度以 70-150 m 为宜。观测层次 5-6 层,其中应包括 10 m 层和桥面高度附近层。三维超声风速仪宜安装在与桥面等高的位置处。5.2.2 观测内容包括:逐时 10 min 平均风速、风向;逐时瞬时最大风速、风向;逐日 10 min 平均最大风速、风向
12、;极大风速、风向;温度;湿度;气压;降水;三维超声风速仪观测三维瞬时风速、风向等。5.2.3 不宜少于两年的现场观测。观测期间如果没有出现当地强风事件,应延长观测时间。5.2.4 观测塔的技术要求包括:1)观测塔结构宜为桅杆式或塔架式,塔体结构强度按照 GB 501352019 设计。2)根据 GB 500572010 的要求安装专用避雷系统,观测塔接电电阻应小于 4。3)观测塔应悬挂明显的安全警示标志,观测塔位于航线下方时,根据航空部门的要求决定是否安装航空信号灯。4)观测塔仪器应按 QX/T 4492018 的要求进行风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传DB43/T 21442021
13、 4 感器和三维超声测风仪安装。5)选择取得国家或国际相应行业质量认证和计量认证的观测仪器,仪器性能基本参数应考虑测量范围、分辨力、采样频率、最大允许误差、灵敏度等。6)观测仪器布设要求必须配置稳定的供电系统,避免在盛行风下受观测塔或桥梁架构、施工机械等其他物体的干扰。5.3 竣工验收 5.3.1 现场测试观测设备运行是否正常,检查建设设施是否与设计文件相符、数据记录与存储是否正确、备品备件是否齐全、后备电源是否满足设计要求等。5.3.2 对建设过程的设计文件、过程记录文件、设备检定和校准报告等进行审查。5.4 观测数据采集 5.4.1 采取无线实时传输和现场采集两种方式。如果通讯传输条件差,
14、可到现场读取数据,且时间不超过一个月。5.4.2 三维超声测风数据应定期到现场读取,并对运行情况进行实时监控。5.4.3 强风事件(10.8 m/s)出现后,应及时获取三维超声风数据。5.4.4 观测数据应进行初步质量检验和预处理后及时入库。5.5 数据质量控制 5.5.1 各气象要素的极值范围、内部一致性、时间一致性应按照据 GB/T 352212017 进行合理性审核。5.5.2 对观测记录进行完整性审查,给出数据的完整性描述。有效数据完整率不应小于 95%。有效数据完整率按式(1)计算:%100-应测数目无效数据数目缺测数目应测数目有效数据完整率(1)式中:应测数目:测量期间小时数;缺测
15、数目:没有记录到的小时平均值数目;无效数据数目:确认为不合理的小时平均值数目。5.6 观测运行管理 5.6.1 定期检查和维护观测仪器及观测塔,并做好详细记录。5.6.2 制定观测运行监控值班制度,安排专业技术人员定期监控设备运行状态,检查观测数据接收情况并及时对数据进行审核、处理。6 参证气象站选取及资料收集 6.1 参证气象站选取 6.1.1 参证气象站应有 30 年以上的风观测资料。6.1.2 参证气象站与桥址距离较近,地形、地貎较为相似。6.1.3 参证气象站测风环境宜保持长年不变或有完整的迁站对比测风记录。6.1.4 参证气象站与观测塔同期强风风速样本的相关显著性应通过 0.05 信
16、度检验。DB43/T 21442021 5 6.2 资料收集 6.2.1 参证气象站的基本信息包括气象站经度、纬度、海拔高度、建站时间、迁站时间、测风高度变化、测风仪器型号、观测场地环境变化、距离桥址最短距离和相对位置。6.2.2 参证气象站建站以来逐年及月平均风速、逐年及月 10 min 平均最大风速、风向、逐年极大风速及风向、逐年及月大风日数、逐年及月各风向频率及各风向平均风速。6.2.3 参证气象站年极端最高温度、年极端最低温度、年雷暴日、年最大降水量、年最小降水量、年平均降水量、月最大降水量、日最大降水量。6.3 气象灾害收集、调查 6.3.1 收集桥位区附近雷雨大风、寒潮大风、偏南大
17、风、飑线大风、龙卷风、超低空急流等典型大风危害情况,包括风速、风向及陆面建筑物、输电杆(塔)和船只等毁坏情况。6.3.2 对极端大风危害情况进行灾害调查。7 桥位区气候特征与气象灾害分析 7.1 桥位区主要气候特征分析 7.1.1 利用观测塔数据分析桥位区平均气温、极端最高气温、极端最低气温、平均气压、极端最高气压、极端最低气压、降水量、风速、风向等气象特征。7.1.2 利用参证气象站资料按 QX/T 4692018 分析桥位区主要气候特征。7.1.3 分析造成桥位大风的主要天气系统。7.2 风的统计特征 7.2.1 统计风的累年及月平均风速,累年风向频率,绘制风向频率玫瑰图。7.2.2 统计
18、累年逐月最大风速、极大风速及出现的风向,逐年最大风速、极大风速及出现风向。7.2.3 统计累年及月大风日数。7.2.4 统计累年各风向的平均风速及最大风速,绘制风速玫瑰图。7.3 桥位区大风及相关气象灾害分析 分析桥位区雷雨大风、寒潮大风、偏南大风、飑线大风、龙卷风、超低空急流等典型大风灾害天气7.3.2 的发生频率、危害程度。8 设计风速推算 8.1 基本风速推算方法 8.1.1 建立参证气象站年最大风速序列 1)对参证气象站的历年最大风速进行高度和时距订正。订正后的序列采用 T 检验法进行均一性检验,检验方法见附录 B;2)采取比值法对测风环境变化引起的年最大风速序列的不均一性进行订正,订
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