基于设计基准条件的台风边界层风速谱建模方法研究

摘要

大量的超高层建筑和超大跨度桥梁结构在我国东南沿海地区兴建，每年遭受若干次的台风袭击，使得抵抗台风荷载作用成为这类结构在服役期的安全性和舒适性的巨大挑战。因此准确刻画台风风场结构特征和湍流特性是该类结构抗台风设计的首要保证。风速剖面刻画了平均风速随高度的变化规律，是估算结构遭受平均风荷载的重要参数，风速谱则表征了湍动能在不同频率区段上的分布特征，是刻画脉动风荷载的关键参数。本文根据在博贺峙仔岛观测站实测的台风黑格比数据,在莫宁-奥布霍夫相似理论框架内提出一种数据驱动的考虑设计基准条件的台风边界层脉动风速谱建模方法.首先基于均匀各向同性湍流湍能谱需满足的基本模型准则,将六参数脉动风速谱模型简化为四参数模型;其次基于脉动风速谱在高频区和低频区的一般规律,建立了四个谱参数的理论表达式,之后基于实测的台风黑格比数据建立了四个谱参数的经验表达式,进而建立了基于设计基准条件的脉动风速谱建模方法;最后基于台风黑格比过程中任意选取的四个一小时时长样本对上述脉动风速谱建模方法进行了验证,表明其与实测样本的风速谱具有较好的一致性.