基于近地观测的台风脉动风速谱研究

摘要

随着结构向高、轻、柔的方向发展，风荷载越来越成为结构的控制荷载，因此我们有必要了解掌握城市近地面层风的特性及其变化规律。现行结构抗风设计规范中的风特性是根据季候风的观测结果得到的，但是台风特性与季候风特性有很大的差别，所以用现行规范来指导台风影响区结构抗风设计是不合理的。风速谱是脉动风速能量随频率变化的分布，是最重要的一个脉动风特性，本文利用地王大厦楼顶的六次台风过程风特性观测数据，研究了台风脉动风速谱特性。全文共分四章，具体如下：
　　第一章是绪论。主要介绍了本文的研究背景、目的、意义及国内外的研究现状，并给出了本文的主要研究内容。
　　第二章是近地实测数据来源和脉动风特性。主要给出了数据获取所用到的仪器、观测地点和台风过程，并给出了基于风观测数据的风特性计算方法。
　　第三章是实测脉动风速谱与经验谱的对比研究。研究了非平稳风速矢量中坏点的判别准则、坏点和野点修正方法及如何选取样本。分析了台风过程中的脉动风速谱特性，并与Davenport谱、Von-Karman谱和Kaimal谱作为比较，研究发现在台风过程中与Von-Karman谱在低频区吻合较好，而在高频区却是与Davenport谱吻合较好，同时还验证了脉动风速谱的-2/3次律。
　　第四章是基于实测数据的台风脉动风速谱研究。采用了三种方法对风速谱进行研究，第一种是基于风速谱拟合的方法；第二种是基于Davenport研究风速谱的方法，在此种方法中还研究了脉动风速谱与高度的关系、脉动风速谱的特征、一般表达形式；第三种方法是基于莫宁坐标定义的风速谱研究，通过对湍流积分尺度的求解，采用经验公式来代替莫宁坐标中的积分尺度，从而全新定义了莫宁坐标同时计算了风速谱的一般表达形式。
　　最后给出了本文的主要结论和相关研究工作的展望。