資源描述：
《一順風向脈動風特性》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、一順風向脈動風特性黨歡土木13班051171在順風向的風效應中包括長周期成分——平均風（即穩(wěn)定風）和短周期成分——脈動風（也稱陣風脈動）。如下圖所示。由于平均風相對穩(wěn)定，即使受風的長周期成分影響，但由于風的長周期遠大于一般結構的自振周期，因此平均風對結構的動力影響很小，可以忽略，而脈動風是由于風的不規(guī)則性引起的，其強度隨時間隨機變化。由于脈動風周期較短，與一些工程結構的自振周期較接近，將是結構產(chǎn)生動力響應。因此，脈動風是引起結構順風向振動的主要原因。脈動風荷載是隨機荷載，又是風力中的動力成分，它使結構產(chǎn)生了隨機振動。因
2、此，在計算結構的隨機風振之前，必須對脈動風的概率特性作一全面的了解。（一）脈動風的概率分布根據(jù)風的記錄，如果舍棄初始階段附近的嚴重的非平穩(wěn)性范圍，則風非常接近平穩(wěn)隨機過程。風的記錄分析也表明，每一樣本函數(shù)的概率分布幾乎相等，因而脈動風時常進一步作為各態(tài)歷經(jīng)過程來近似考慮。這樣，如果能夠取得一條有代表性的足夠長的風速記錄，就能簡便的分析出它的各種概率特性。為分析脈動風對結構的影響，一般可將脈動風速處理為隨機過程[vf(t),t∈T]，為便于分析，工程上常假定脈動風速為零均值正態(tài)平穩(wěn)隨機過程，其概率密度函數(shù)為式中，σv為脈
3、動風速的均方差。vfi是vf的一條時程記錄曲線。定義風的湍流強度為脈動風速的均方差于平均風速的比值，以次表征風速的脈動程度。由于脈動風速的均方差沿高度不明顯變化，而平均風速隨高度增加而增大，因此風的湍流強度雖高度的增加而減小。（二）脈動風功率譜脈動風速的頻率特性，可采用功率譜函數(shù)表示，其定義為脈動風速的均方差也可以根據(jù)功率譜函數(shù)的積分求得。上圖即為風速功率譜密度，橫坐標次采用了對數(shù)坐標。（三）脈動系數(shù)脈動風速根方差或脈動風壓根方差案高度的變化規(guī)律，常用脈動系數(shù)來表示。它的定義為：脈動系數(shù)主要根據(jù)實驗來確定。研究結果表明
4、，隨著高度的增加，脈動系數(shù)逐漸減小，并且到達梯度風高度后趨于定值。脈動系數(shù)沿高度的減小，并不表示脈動風壓根方差沿高度亦減小。由于平均風壓沿高度按指數(shù)規(guī)律增加，因此脈動風壓也隨高度的增加而增加。（四）脈動風的空間相關性陣風的特性除用自相關性描述外，還可用空間相關性來表示。強風觀測表明，各點的風速，風向并不是完全同步的，甚至可能是完全無關的。空間相關性主要包括側(cè)向左右相關和豎向上下相關，在必要時，還應包括前后相關。建筑物在水平方向總是有一定長度的，因而當水平風力作用時，它們一般較少同時到達最大值。當某點承受最大風速時，離該
5、點的距離越遠，同時承受該風速的概率也就越小。另外，根據(jù)觀察資料，可以了解到在不同粗糙度的地面上空同一高度處，脈動風的性質(zhì)有所不同。在地面粗糙度大的上空，平均風速小，而脈動風的幅值大且頻率高；反之，在地面粗糙度小的上空，平均風速大，而脈動風的幅值小且頻率低。二、順風向脈動風的處理方法余思瑾土木13班051124風成分中脈動風完全屬于隨機動力特性，對于柔性結構，將引起很大的風振。脈動風風振的影響常用等效靜力乘上風振系數(shù)來表示，也可以在平均風荷載上加上脈動等效風荷載來表示，其關系式為或結構可分柔式結構和非柔式結構或剛性結構，
6、例如高層建筑、高聳建筑結構、大跨度橋梁和屋蓋等等。我國建筑結構荷載規(guī)范修訂稿規(guī)定：對于高度大于30cm且高度比大于1.5的房屋結構，以及基本自振周期大于0.25s的塔架、桅桿、煙囪等高聳結構，應采用風振系數(shù)來考慮風壓脈動的影響。1、脈動風下結構位移響應為說明順風向脈動風效應，以下以一維連續(xù)彈性體系為例（圖一），在水平脈動風（設為y方向）作業(yè)下，該體系的彎曲運動方程為（2-1）式中，、、、，分別為高度z處單位長度（沿z鄉(xiāng)）上的質(zhì)量、阻尼系數(shù)、慣性矩和水平脈動風力幅值，為幅值為1的隨機運動函數(shù)。zl(z)m(z)（圖表1）
7、可采用振型分解法求解方程，為此將體系位移響應用振型表達為（2-2）式中——體系j振型的高度z處的值；——j振型的正則坐標。將（2-2）代入（2-1），注意到振型關于質(zhì)量和剛度的正交性，同時假定阻尼為比例阻尼，則可得到互不耦連的正則坐標方程（2-3）式中（2-4）其中，為體系第j階自振圓頻率，為第j階自振阻尼比，H為體系總高。由于脈動風是一種隨機振動，則將包含的隨機性，因此需采用隨機振動理論來求解方程（2-3）。求得后，代入式（2-2），即得結構位移響應。脈動風壓可用脈動風壓時程均方差乘以保證系數(shù)表示，設脈動風壓與平均風
8、壓之比為脈動系數(shù)，則（2-4-1）式中——體系在高度z處的寬度；——基本風壓。因脈動風周期較長，對于一般的工程結構（周期較短），第一振型響應將起決定作用，故(2-5)式中、分別為脈動增大系數(shù)和振型影響系數(shù)，可按下列公式確定(2-5-1)(2-5-2)式中（2-5-3）（2-5-4）為脈動風的功率譜密度，為左右上下不同位置的脈動風壓
