高耸结构风场的脉动风速时程模拟
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高耸结构风场的脉动风速时程模拟
143 四川建筑 第 30卷 3 期 2010. 06
%工 程 结 构%
为 的复函数。
H ( )中非对角项元素也可写成以下指数形式:
H jk ( ) =
H
* jk
(-
) ei#jk ( )
( 8)
j = 2, 3, ∃, n; k = 1, 2, ∃, j - 1; j > k
#jk (
) = arctan Im H jk ( Re H jk (
( 3)邱流潮 [ 10] 结合小湾电站 290 m 高拱 坝, 在 考虑坝水 流固耦合振动影响下, 分析和计算了拱坝 上游坝面 承受的动 水压力, 并特别对自由 表面 重力 波的影 响问 题、库底对 压力 波的吸收问题、水体压缩性的影响以及库 水域的有 效影响范 围等进行了分析。
3 试验研究
( 1)文献 [ 11]结合国内某高 拱坝, 首次进 行了模 拟人工 边界阻尼效应的拱坝 - 地 基动 力相互 作用 的振 动台动 力模 型试验研究, 探索了其对高拱坝地震动力影响机理;
) 2N 。
2N- 1
& hjm ( q∃ t) = B jm ( l∃ ) exp i( l∃ l= 0
而 Bjm ( l∃ ) 的值可以通过下式确定
) ( q∃ t)
( 12)
B jm ( l∃ ) =
2( ∃ )H jm ( m l) exp( i%m l)
0∗ l∗ N
0
N ∗ l∗ M - 1
2 谐波合成法
随机脉动风场 的实质 是一 种多维 多变 量的 零均值 的平
稳高斯随机过程。若不考虑多个方 向风速间 的相关性, 可以 把风场处理为多个独立 的一维多变量随机过程 [ 7] 。
高耸结构随机风荷载的数值模拟
安全性和可靠性 ， 因而高耸结构的风荷 栽数 值模拟 是非 常重要 的．针 对脉动风 风速 的频谱特性 和 高耸结构风 荷载的空间相关性 ， 文章提 出了一种新 的高耸结 构脉 动风荷 栽的数值 模拟 方法．脉动风 速的频谱 特性 用线性
滤波 器逼近 ， 首先通过 求解脉 动风速 自相关 系数 的 Ｔｅ ｌｚ方程得 出该滤波 器的控制参数 初步近 似值 ， ｏｐｉ ｔ 再通过
关 键 词 ：随机 风荷 载 ； 谱 特 性 ；数值 模 拟 ；高耸 结 构 频 中 图分 类 号 ： ｕ ２ １３ Ｔ １ ． 文献 标 识 码 ： Ａ
风 荷 载是 高 耸 结 构 设 计 和 计 算 中 的重 要 荷 载 ， 有 重现 概 率 大 ， 用 时 间 长 等 特 点 ， 此 结 具 作 因 构在 随 机风荷 载作 用下 的动 力 响应 分 析对 结 构 的 安 全性 、 可靠 性 、 适性 有 着 重 要 的 意 义．对 于 重 舒 要 的高 耸结 构 ， 须要 进 行 结构 模 型 的 风洞 试 验 ， 必
型 （ ｕｏＲ ｇｅｓ ｅＭ ｖ ｖｒｇ ｄ ｌ，Ａ ＭＡ） Ａ ｔ ｅｒｓｉ ｏ ｅＡ ｅａｅＭｏ ｅｓ Ｒ ｖ
风 场 的频谱 特 性 输 入 人 上 模 拟 风 荷 载 ， 行 实 验 进 和测 试．结 构模 型 的 风 洞实 验 结 果 对 于 了解 结 构
的风荷 载特 性及 结构 动力 响应 特性 具 有 可替 代 的意 义 ， 结 构 的 风 荷 载 体 型 系 数 只 能 通 过 实 验 如
关心区问内的所有频率 ， 若要提高精度 ， 就要增多
离 散点 数 ， 又 导致计 算 时间 和成本 激增 ．相 比之 这 下 ， 性滤 波器方 法具 有 计 算效 率 高 ， 可 以模 拟 线 又 所 关 心频率 区 间 的所 有 频 率 的 特 点 ， 因此 更 适 用 于随 机荷 载 的数 值 模 拟 ， 中 自 回归 滑 动 平 均 模 其
脉动风风速谱及空间相关性研究
( 1)
) S vu ( r ,ω S wu ( r ,ω )
→
→
风向脉动风速 u 的自谱 , S C uu ( n , x 1 , x2 ) 为 x1 , x2 处 顺风 向脉动 风速 u 的互谱实部 , C x 为衰减系数 。 对于上下 (竖向 ) 相 关性系数 ,Davenport 建 议分开考虑 ,形式 水平 (侧 向) 相同 , 衰减 系数 一般 取 Cz = 7 , Cx = 8 。
[4 ] 风速谱 。Davenport 谱被我国 《建筑 结构 荷载 规范 》 采用 。 但实际上 , 紊流积分尺度沿高度 是变化的 , Kaimal 于 1972 年
引言
通常把风的作用 分为 平均风 和脉 动风两 部分 。平 均风 周期 远高于一般结构的自 振周期 ,作 用性 质相当 于静 力 , 脉动风 反映 了大气边界层的紊乱性和随机性 ,其强度 随机变化 。在实 践中一 般将脉动风近似为各态历经过程 , 这样可以方 便地得到其 概率特 性参 数 ,如 风速谱 和空间 相关性 等 。对于脉 动风特 性 ,许 多学者 做了大量而且富有成效 的工作 [ 123] , 提出 了很 多关于 脉动 风速谱 和空间相关性的经验 公式 。这些经 验公 式在土 木工 程结构 的设 计计算中得到了应用 。文中 回顾和 总结 了脉动 风速 谱和空 间相 关性的各种经验公式 ,阐述了它们的使用 场合 。对于空间 相关性 系数 ,公式计算值与 实测 值的对 比结 果显示 ,计 算值 在低频 部分 明显大于实测值 ,采用经验公式计算偏于保守 。 对于复杂超高 层高耸结构 、 大跨桥梁及大跨空 间结构的风致 振动分析 ,规 范 提供的方法不再适用 , 故目 前较 多地 采用数值 模拟脉动风时程的方 法[ 629 ] 来进 行风振 动分 析 。另外 ,结 构的非 线性抖振分析也只能采 用数 值模拟 得到脉 动风 时程的 方法 在时 域进行 。文中针对脉动 风时 程模拟 时空 间相关 性问 题的考 虑给 出了一些建议 。
) S vu ( r ,ω S wu ( r ,ω )
→
→
风向脉动风速 u 的自谱 , S C uu ( n , x 1 , x2 ) 为 x1 , x2 处 顺风 向脉动 风速 u 的互谱实部 , C x 为衰减系数 。 对于上下 (竖向 ) 相 关性系数 ,Davenport 建 议分开考虑 ,形式 水平 (侧 向) 相同 , 衰减 系数 一般 取 Cz = 7 , Cx = 8 。
[4 ] 风速谱 。Davenport 谱被我国 《建筑 结构 荷载 规范 》 采用 。 但实际上 , 紊流积分尺度沿高度 是变化的 , Kaimal 于 1972 年
引言
通常把风的作用 分为 平均风 和脉 动风两 部分 。平 均风 周期 远高于一般结构的自 振周期 ,作 用性 质相当 于静 力 , 脉动风 反映 了大气边界层的紊乱性和随机性 ,其强度 随机变化 。在实 践中一 般将脉动风近似为各态历经过程 , 这样可以方 便地得到其 概率特 性参 数 ,如 风速谱 和空间 相关性 等 。对于脉 动风特 性 ,许 多学者 做了大量而且富有成效 的工作 [ 123] , 提出 了很 多关于 脉动 风速谱 和空间相关性的经验 公式 。这些经 验公 式在土 木工 程结构 的设 计计算中得到了应用 。文中 回顾和 总结 了脉动 风速 谱和空 间相 关性的各种经验公式 ,阐述了它们的使用 场合 。对于空间 相关性 系数 ,公式计算值与 实测 值的对 比结 果显示 ,计 算值 在低频 部分 明显大于实测值 ,采用经验公式计算偏于保守 。 对于复杂超高 层高耸结构 、 大跨桥梁及大跨空 间结构的风致 振动分析 ,规 范 提供的方法不再适用 , 故目 前较 多地 采用数值 模拟脉动风时程的方 法[ 629 ] 来进 行风振 动分 析 。另外 ,结 构的非 线性抖振分析也只能采 用数 值模拟 得到脉 动风 时程的 方法 在时 域进行 。文中针对脉动 风时 程模拟 时空 间相关 性问 题的考 虑给 出了一些建议 。
基于Matlab的大型兆瓦级风电机脉动风速时程数值模拟
风 速时 程数值 模 拟也 是这项 基本 工作 的首 要 突破 。 采 用人 工方 法建 立风 场模 型得 到与 实 际风 速 变化 性 质 相 似 的时 程 数 据 ， 其 模 型建 立 方 法 主要 有 有 线性 滤 波方 法 （ Ａ Ｒ、 Ａ Ｒ Ｍ Ａ法 等 ， ） ， 其 特点 为将 均值 为 零 的 白噪声 随机 系列 通 过滤 波器 使 其输 出 为具 有 指定 谱特 征 的随 机过程 ， 计算 工作 量小 ， 运行 速 廖 陕但计算 精 度较 差 ； 三 角 级数 谐 波 叠加 法 ， 数 学基 础 严 密， 计算 效率较 低 ， 需要 相对 线性 滤 波法 较 长 的计 算 时 间 ， 但计 算 精 度 较 高¨Ｊ 。本 文基 于大 型 兆 瓦 级 水 平轴 风力 发 电机组 的结 构和运 动特 征 ， 结 合具 体 工程 实例 ， 采 用模 拟 精度 较 高 的谐 波 叠加 方 法 合成 风 速 谱， 进而 ， 生成 适用 于风 机动力 学 分析 时所 需要 的脉 动风速 时程 数据 。阐述 基 于 ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ软件 二 次 开发 的
第 ４期
曹玉 生等
基于 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ的大型兆瓦级风电机 脉动风 速时程数值模拟
２ ７９
作 用在 结构 上 的 自然风 可分 为顺 风 向风 力 、 横 风 向风力 和 垂直 向风 力 ， 而在 三 者 中顺 风 向风 力 又起 了决
定性作用 ， 垂直 向与横风 向风力对于高耸结构实际影响可忽略不计。对顺风向风力 ， 其可分解为周期在 １ ０ ｍ ｉ ｎ以上 的长周 期 部分 ， 即平 均 风 ； 还 有周 期在 几秒 至几 十 秒 区间 内的短周 期 部分 ， 即脉 动风 。在 进行
型风 电机得 到 了大规 模 的应 用 。 因此 ， 在 内陆 地 区普 及 大 型 兆 瓦 级 风 电 机组 是 风 能发 展 的必 然 趋 势 。 由于对大 型风 电机组 进行 实地 的数 据测 量及 周边环 境 分析工 作 的开展 是 极其 困难 的 ， 另外 ， 已有 强风 作
第 ４期
曹玉 生等
基于 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ的大型兆瓦级风电机 脉动风 速时程数值模拟
２ ７９
作 用在 结构 上 的 自然风 可分 为顺 风 向风 力 、 横 风 向风力 和 垂直 向风 力 ， 而在 三 者 中顺 风 向风 力 又起 了决
定性作用 ， 垂直 向与横风 向风力对于高耸结构实际影响可忽略不计。对顺风向风力 ， 其可分解为周期在 １ ０ ｍ ｉ ｎ以上 的长周 期 部分 ， 即平 均 风 ； 还 有周 期在 几秒 至几 十 秒 区间 内的短周 期 部分 ， 即脉 动风 。在 进行
型风 电机得 到 了大规 模 的应 用 。 因此 ， 在 内陆 地 区普 及 大 型 兆 瓦 级 风 电 机组 是 风 能发 展 的必 然 趋 势 。 由于对大 型风 电机组 进行 实地 的数 据测 量及 周边环 境 分析工 作 的开展 是 极其 困难 的 ， 另外 ， 已有 强风 作
【国家自然科学基金】_风速时程模拟_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
科研热词 风速时程 数值模拟 风速时程模拟 风荷载 超高层建筑 ar模型 高耸结构 风洞试验 风振系数 风振响应 风振 风场模拟 频谱特性 非高斯 非平稳高斯 雷诺数效应 随机风荷我 随机风场 随机过程 降阶 遗传算法 连续刚构桥 进展 超大跨屋面结构 谱解法:随机过程:模拟 谱解法 谐波合成法 谐波叠加法 衰减因子 表面压力 自回归模型 脉动风速场 脉动风 索穹顶 空间随机风场 空间网络结构风振 相干函数 相关性分析 混合编程 海上风力发电 流同耦合 模拟 本征正交分解 时程分析 改进的谐波叠加法 拉格朗日插值 抖振 弦支穹顶结构 平稳高斯 屋面板自振 小波分析 大跨度空间结构
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词 时程分析 风振响应 脉动风 大涡模拟 风雨荷载 风荷载 风害 预前模拟法 隔震结构 随机风场模拟 随机振动 超高层建筑 谱合成法 计算流体动力学 自回归模型 脉动风速度时程 脉动风模拟 脉动雨荷载 索桁架 等效静风荷载 点支式玻璃幕墙 桥梁 林木 旋涡法 数值风洞模拟 抗风性能 抗震性能 巨型框架 定阶 动力响应 减振结构 入口条件 ar模型
推荐指数 5 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
风时程生成程序技术说明
目录1程序原理 (3)1.1风荷载动力分析方法简介 (3)1.2风速时程模拟的AR法 (4)1.2.1AR模型 (4)1.2.2AR模型模拟风速时程的基本过程 (5)1.3风时程生成程序实现 (7)1.4风时程生成程序特点 (9)1.5风时程生成程序局限性说明 (10)2参数说明 (11)2.1顺向脉动风速功率谱密度函数()S n (11)vr (13)2.2脉动风空间相干函数ij2.3地面粗糙系数k（紊流度） (14)2.4平均风速v (14)F x y z t (16)2.5风压力时程(,,,)w2.6数值计算的参数 (17)3操作说明 (18)3.1制作空间点信息表格（*.csv） (18)3.2导入表格及输入参数 (19)3.3计算风时程 (20)3.4显示计算结果 (20)3.5输出时程结果及分析代码 (21)3.6接力SAP2000进行时程分析 (21)3.7接力ETABS进行时程分析 (22)3.8SAP2000与ETABS的分析代码例子 (23)3.8.1ETABS分析代码 (23)3.8.2SAP02000分析代码： (24)4计算实例 (25)4.1操作步骤 (25)4.224层框架风振分析结果分析 (29)4.2.1风速时程结果 (29)4.2.2风振分析计算结果与按现行《荷载规范》得出的结果对比 (31)4.2.3风振分析的顶点加速度计算与按《高钢规》手算结果对比 (32)5关于风振时程分析的若干建议 (34)5.1分析参数设置 (34)5.2输出结果处理 (34)6参考文献 (36)1程序原理1.1风荷载动力分析方法简介风荷载是作用在结构上的重要动力荷载之一，尤其对于高层、高耸及大跨结构来说，设计中必须考虑风荷载的作用。
计算高层、大跨、悬索桥以及塔架结构的动力风振相应的一个有效方法是Monte Carlo法。
即根据某些既定的统计参数产生一系列的时程样本，再对每个样本函数进行线性或非线性的结构分析。
高层建筑风场的脉动风速时程模拟
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｔ ｉｔ ｒ ｆｔ ｒ ｕ ｅ ｔｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｈ ｓｏ ｙｏ ｕ ｂ ｌｎ ｎ ｐ ｅ ；ｗ ｅｇ ｔｄ ａ ｌ ｕ ｅｗａ ｅｓ ｐ ｒ ｏ ｉｉｎ ｉｅ ｒｆｌｅｉｇ ｍｅ ｉ ｈ ｅ ｍｐ ｉ ｄ ｖ ｕ ｅ ｐ ｓｔ ；ｌ ａ ｉ ｒｎ ｔ ｏ ｎ ｔ
ｑ ａ ，ｔ ｅｔ ｉｔ ｒ ｆｔ ｅｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ｗａ ｅ ｉｅ ｏ ｍａ ｅｔ ｅｓｍ ｕａ ｅ ｉ ｉｔ ｒ ｆｔ ｅｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ｕ ｌ ｈ ｉ ｍｅ ｈｓｏ ｙ ｏ ｈ ｎ ｐ ｅ ｓｒｖ ｓｄ ｔ ｋ ｈ ｉ ｌｔｄ ｔ ｍｅｈ ｓｏ ｙ ｏ ｈ ｎ ｐ ｅ ｍｏ ｅｒａ ｏ ａ ｌ． ｒ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ
关 键 词 ： 动 风 速 时程 ；谐 波叠 加 法 ；线 性 滤 波 法 ； 率谱 脉 功 中 图分 类号 ： Ｕ３ １ Ｔ １ 文 献标 识 码 ：Ａ
Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｅ ｈ ｓｏ ｙ ｏ ｕ ｂ ｌｎｔｗｉ ｄ ｓ ｃ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｔ ｉｔ ｒ ｆ ｔ ｒ ｕ ｅ ｎ ｐ ｃ ｍ
ｈ ｇ － ｉｅ ｉｈ ｒｓｓ
ＺＨＡ ＮＧ ｎ － ｉｇ ，Ｌ ＡＮＧ ｈ — ｕ Ｄｏ ｇ ｂ ｎ Ｉ Ｓ ｕ ｇ ｏ ，Ｈ ＡＮ ｎ ｑ ａ ，ＰＥＮＧ －ｉ Ｙｉ－ ｕ ｎ Ｄｅｘ
（ ．Ｓ ｈｏ ｆ ｉｉＢ ｉ ｉ ｎ ｉｅｒｎ Ｗｕ ａ ｉｅｓ ｙ Ｗ ｕ ａ ４ ０ ７ ， ｈｎ ；２ ｈｊｚ ｕｎ ｓｉ ｔ ｆ ａｌ ｙＴｅｈ ｏｏ ｙ ｈｊ １ ｃ ｏ ｌ ｖｌ ｕｌ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｇ， ｈｎＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ ．Ｓ ｉａｈ ａ Ｉ ｔ ｕｅ ｉ ｏＣ ｄ ｇ ｇ ｉ ｔ ｉ ｇ ｎ ｔ ｏ Ｒ ｗａ ｃ ｎ ｌ ，Ｓ ｉ ｇ ｉ
基于Matlab的大型兆瓦级风电机脉动风速时程数值模拟
基于Matlab的大型兆瓦级风电机脉动风速时程数值模拟
曹玉生;包格日乐图
【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】本文旨在模拟西部内陆地区大型兆瓦级风机所受风荷载的脉动风速成分，基于风机结构自身在风荷载作用下各质点具有空间相干性的基本性质，依据风机整体结构的体型特征和脉动风功率谱特性，利用谐波叠加法对风机结构所处的随机风场的脉动风速时程进行数值模拟，通过对比计算谱与目标谱的齿合程度，确认该方法的切实可行性，为模拟高耸结构及大跨度结构在长时间随机风荷载作用下的动力时程响应提供了可靠适用的随机风荷载时程数据。
【总页数】7页(P278-284)
【作者】曹玉生;包格日乐图
【作者单位】内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特010051;内蒙古工业大学
土木工程学院，呼和浩特010051
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.高耸结构风场的脉动风速时程模拟 [J], 徐青;王浩;郑史雄
2.超高层建筑脉动风速时程的数值模拟研究 [J], 李春祥;都敏
3.脉动风速时程数值模拟 [J], 程华;钟华生;周凌;王龙;
4.脉动风速时程数值模拟 [J], 程华;钟华生;周凌;王龙
5.高层建筑风场的脉动风速时程模拟 [J], 张冬兵;梁枢果;韩银全;彭德喜
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（） ７
“
ｌ ｚＺ ） —（／ ｏ ｎ —
口 ∞） 日 ２∞） （ ｎ（
（ ∞）
式 中 ： ｎ 为脉动风功率谱 密度 函数 ； Ｓ （） ｎ为风的脉动频 率 为相 似律坐标 ， 也称莫 宁坐标 ； 为气 流摩 阻速度 。
Ｉ ３ 相 关 函数 ．
式（） ３ 中对角项为 ∞的实 非负 函数 ， 非对角线 元素通 常
式中： 历∞ 为 ０ ） 点与 ｍ点的风速互谱密度。 （
（） ４
对某斜拉桥桥塔 的三维脉动风场进行 模拟。
１ 风荷 载 的基本特 征
１１ 平 均风 速 ．
２ 谐 波合成 法
随机脉 动风场 的实质是 一种 多维多变 量的零 均值 的平 稳 高斯 随机过程 。若不考虑多个方 向风速 间的相关性 ， 可以 把风场处理为多个独立的一维多变量 随机过程 Ｊ 。 考虑一个一维 ｎ变量的平稳高斯 随机过程 ， （） ＝１ ＃（ ， ２ … ， ）其互相关 函数矩阵为 ： ， ｎ，
Ｓ（ 。∞）：日（ 日 ∞） ∞） （
矩阵 。 日Ｉ ） １ （
（ ）＝
。
分量的功率谱 函数表示 了紊 流 中各频 域成 分所作 贡献 的沿 高度变化的大小。Ｄ ｖｎ ｏ 曾 由气象 资料拟合 出风速 功率 ａｅｐｒ ｔ 谱 。目前“ 梁 抗 风 规 范 ” 议 的 功 率 谱 表 达 式 是 采 用 桥 建 Ｋ ｉ ａ１７ ａ ｌ９２年提 出的沿高度变化的表达式 ］ ｍ ：
） 男， ， 硕士研究生 ； 郑史雄（ ９５一） 男 ， １６ ， 教授 。
四川建筑
第３ ０卷 ３期
２ １ ．６ ０．０ ０
ｌ３ ４
： 攀 睁 蠛
为 ｔ的复函数。 Ｏ
根据表 １的参 数 ， 采用 Ｖｓａ Ｂ ｓ ｉ ｌ ａｉ ｕ ｃ程序 语言 编制 了桥
Ｈ（ ） ｏ ｔ 中非对角项元素也可写成以下指数形 式 ：
后者具有数学理论严密 、 法简单 、 算 计算量 大但模拟精度 高。 谐波合成法通过 Ｆ ｒ 术 的改进 ， 算速度 有很大 的增 加。 Ｆ技 计
在脉 动风场 的模 拟 中有 很大 的应用 。本 文采用谐 波合成 法
ｓ （ ）＝￣（０ ，０（ ） Ｃｈ， ） ∞ ／｜ ∞ ∞ ） ｏ￣ ∞ ｓ 一 （
法（ ＷＳ法 ） 。前者计算量相对 较少 ， 精度相对较 差 ； ＷＡ 】 但
Ｃｂ （ ）＝ｅ （ Ａ ｌ ） ｏ ∞ ｘ 一 卫 ｐ
・
二 Ｕ Ｚ
（） ３
式 中： Ａ为无量 纲衰减因子 ， 此处取为 ７ ０ Ｕ ． ； 为高度 ｚ
处的平均风速 ； ｒ 为－ 和 ｍ点 的间距 。 『 点
脉动风具有一定的空间相关性 。实际上 ， 不同高度处 的 脉动风速作用不是同相位 的， 脉动风总是先作用在 结构 的较 高处 ， 经过时 间差 ｒ之后 ， 才作 用在结 构 的较低处 。当结构
～
［ 收稿 日期 ］０９－ ５—３ ２０ ０ １ ［ 作者简介］ ￣（ ９５一） 女 ， 士研 究 生； 徐 １８ ， 硕 王浩 （ ９３ １８
上一点 的风压达到最大值时 ， 在一定 范围 内离该点愈远 处的 风荷载 同时达到最 大值 的可能性 就愈 小。在结构 实际计算 中， 可以引入相关函数描述脉 动风 的相关性 。 相关 函数采用 Ｄ ｖｎｏｔ ａｅｐｒ形式 ” ： Ｊ
＾ － ｒ
设计 的重要因素 ， 对结构 的抗风性还需进一步的研究 … 。
检验。分析结果表明这种 方法可以准确 、 高效模 拟 出高耸结构 的随机脉动风场 。
【 关键词 】 高耸结构 ； 桥塔 ； Ｆｔ 谐波合成法 ； 脉动风场 ｆ’ ｌ ；
【 中图分类号】 Ｕ４３３ Ｉ ．８ ４
随着结构物高度和柔度的增加 ， 风振 响应成为控制结 构
【 文献标识码】 Ａ
高耸结构风场的脉动风速时程模拟
徐 青， 王 浩 ， 郑史雄
（ 西南交 通大 学土 木工程 学 院 ， 四川 成都 ６０３ ） １０ １
【 要】 针对高耸结构时域分析的随机风场特点， 摘 采用经过 ｎ 叩算法改进的谐波合成法， 编制计算
机程序对脉动风场进行数值模 拟。以某斜拉桥桥塔 为例 ， 模拟 了其横桥 向脉 动风速 ， 并对模拟所得 样本进行
ｏ ｒ ｒ ∞ ．２∞ ｓ。 ｓ （ （
．（ ｓ 。 ： （ ∞
ｓ２∞ 呈 （
（） ５
Ｉ …
功率谱密度是平稳随机过程的主要数字特 征 ， 速脉动 风
Ｌｏ ∞ ． ∞ ｓ． ｓ （ （
为了能对原平稳 随机过程进行模拟 ， 对功率谱密 度矩阵 Ｓ （ 进行 Ｃ ｏｅｋ 分 解 ： Ｏ∞） ｈｌｓｙ
作用在结构上的脉 动风荷 载可近 似处理 为各态 历经 的 平稳 随机过程 。对于处 理平稳 随机过 程 ， 比较 常用的方法有
两种 ： 一是 基 于 线 性 滤 波 技 术 的 回归 方 法 （ Ａ ＭＡ， Ｒ 如 Ｒ， Ａ —
Ｍ Ａ等 ） ； 二是基于三角级数的叠加 的谱解 法 ， 波合成 即谐
假定大气边界层 内风速 沿铅 直 高度 ｚ的分 布服从 幂指 数率 。 ， ： 。即
ｕｚ
＿ ． ．
Ｕ２ １ ：ｆ Ａ
Ｚ． ，
ｆ） 】
式中 ： ． 为高度 ｚ，ｚ： 的风速 （ ／ ） ｏ为 考虑 、 、 处 ｍ ｓ； ｒ 地表粗糙度影 响的无量纲幂指数 。
１２ 脉 动 风 功 率谱 密度 ．
ｎ Ｓ （
一
（） ６
其 中 日（ 是 下 三 角矩 阵 ， （ ） 其 复 共 轭 转 置 ∞） 是
Ｏ ０ ， Ｏ ０
２
，
（ ） ｕ‘
ｆ １＋５ｆ ５ ｏ）／ ３
、 ‘
，＝ ｎ ／ （ ） Ｚ Ｕ ｚ
．
Байду номын сангаас
（ ， Ｈ ２∞） ｎ ２（ ）
０． ４Ｖ
塔的脉动风模拟程序 ， 输入模 拟的点的高度及各点 之间距离
（） 就可 以模拟各点的脉动风场。 ８