鞏一達(dá)

【摘 要】本文基于浦東國際機(jī)場附近的同濟(jì)大學(xué)實(shí)測基地獲取了臺風(fēng)“浣熊”影響下的近地風(fēng)速，研究了“浣熊”臺風(fēng)影響下格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的近地脈動(dòng)風(fēng)速隨平均風(fēng)速的變化規(guī)律，同時(shí)得出在“浣熊”臺風(fēng)作用下，脈動(dòng)風(fēng)速概率密度函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好。

【關(guān)鍵詞】臺風(fēng)；“浣熊”；脈動(dòng)風(fēng)速；平均風(fēng)速；概率密度分布

0 引言

經(jīng)調(diào)查文獻(xiàn)[1]，全球每年由風(fēng)災(zāi)引起的損失高達(dá)數(shù)百億美元，而我國東南沿海部分位于臺方風(fēng)高發(fā)區(qū)域，每年都會(huì)造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。針對此種現(xiàn)狀，同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海機(jī)場建設(shè)指揮部合作建立了風(fēng)荷載現(xiàn)場實(shí)測基地，用于實(shí)地測量浦東機(jī)場附近地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)特性。通過長期的積累風(fēng)速數(shù)據(jù)，可以為以后的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供足夠的實(shí)測數(shù)據(jù)支持。

本文基于“浣熊”臺風(fēng)作用下上海浦東近海岸邊10m高度的風(fēng)速數(shù)據(jù)，之后對平均風(fēng)速、風(fēng)向角、脈動(dòng)風(fēng)速變化以及概率密度函數(shù)做出統(tǒng)計(jì)與整理。

1 現(xiàn)場實(shí)測概況

1.1 臺風(fēng)“浣熊”介紹

本課題組通過實(shí)測基地在2014年第8號臺風(fēng)“浣熊”于7月4日上午在西北太平洋洋面上生成，隨后四度加強(qiáng)由熱帶風(fēng)暴變?yōu)槌瑥?qiáng)臺風(fēng)，并于7月9日5時(shí)衰減成臺風(fēng)。“浣熊”的詳細(xì)路徑如圖1。

1.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備介紹

實(shí)測基地位于北緯：31°11'46.36"；東經(jīng)：121°47'8.29"，緊鄰海面，四周地面空曠?；貎?nèi)建造有一座40米高的格構(gòu)式鋼管塔；根據(jù)實(shí)測的要求，將三維風(fēng)速儀安裝在格構(gòu)式塔架10m高度處，定義正北方向的來流為0°風(fēng)向角，并按俯視順時(shí)針方向遞增。定義豎向風(fēng)向角仰角為正，俯角為負(fù)。

2 平均風(fēng)速和風(fēng)向

按照我國規(guī)范[2]的規(guī)定時(shí)距（ 10 min） 將數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，之后采用“矢量分解法”[3]，可以得到臺風(fēng)“浣熊”影響下10m高度處風(fēng)速儀采集數(shù)據(jù)的平均風(fēng)速、平均風(fēng)向。

圖2給出了上海浦東機(jī)場附近在臺風(fēng)“浣熊”影響下10m高度處平均風(fēng)速及風(fēng)向角隨時(shí)間變化圖形。從圖中我們可以看出在7月8號21點(diǎn)左右有明顯的風(fēng)速上升段，然后之后平均風(fēng)速一直維持在8m/s以上，而風(fēng)向角從一開始就維持在30°左右，之后略微下降直至到7月9號凌晨4點(diǎn)左右風(fēng)向角為0°，平均風(fēng)速在凌晨2點(diǎn)左右達(dá)到峰值約9.8m/s，在7月9號15點(diǎn)左右，風(fēng)速開始下降而風(fēng)向角也隨著風(fēng)速下降由北向東轉(zhuǎn)變。

3 脈動(dòng)風(fēng)速以及風(fēng)速概率密度分布

3.1 脈動(dòng)風(fēng)速

圖3給出了“浣熊”臺風(fēng)作用下，脈動(dòng)風(fēng)速隨平均風(fēng)速的變化規(guī)律，從圖中我們可以觀察出，脈動(dòng)隨平均風(fēng)速一般均隨平均風(fēng)速的增大呈線性增大趨勢，同時(shí)順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速峰值為2.5m/s，橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速峰值為2m/s，順風(fēng)向的脈動(dòng)風(fēng)速在同一平均風(fēng)速條件下要大于橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速。

3.2 脈動(dòng)風(fēng)速概率密度分布

圖4給出了10米高度處“浣熊”臺風(fēng)影響下兩個(gè)10min時(shí)段的脈動(dòng)風(fēng)速概率密度分布散點(diǎn)圖以及利用矩估計(jì)得到的高斯函數(shù)曲線。通過觀察10m高度處不同風(fēng)速作用下的脈動(dòng)風(fēng)速概率密度分布函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好，這與文獻(xiàn)[4]關(guān)于臺風(fēng)“Maemi”得到的結(jié)論一致。

4 結(jié)論

本文根據(jù)浦東實(shí)測基地測得的2014年第08號臺風(fēng)“浣熊”影響下的浦東地區(qū)近地風(fēng)速，研究了10米高度處近地風(fēng)特性，并得到如下結(jié)論：

（1）脈動(dòng)風(fēng)速隨著平均風(fēng)速的增大呈線性增大，順風(fēng)向的脈動(dòng)風(fēng)速在同一平均風(fēng)速下大于橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速，且增長速率大于橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速；

（2）“浣熊”臺風(fēng)影響下，脈動(dòng)風(fēng)速的峰值不發(fā)生在平均風(fēng)速的最大值處，脈動(dòng)風(fēng)速峰值一般出現(xiàn)在平均風(fēng)速最大值的80%處；

（3）同一高度不同風(fēng)速下，三方向的脈動(dòng)風(fēng)速概率密度分布函數(shù)與高斯分布曲線吻合較好。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃鵬，陶玲，全涌，顧明.浙江省沿海地區(qū)農(nóng)村房屋抗風(fēng)情況調(diào)研[J].災(zāi)害學(xué)，2010，25（4）：90-95. Huang Peng， Tao Ling， Quan Yong， Gu Ming.Investigation of wind resistance performance of rural housesin coastal areas of Zhejiang Province[J].Journal of Catastrophology，2010，25（4）：90-95

[2]中華人民共和國建設(shè)部.GB 5009 - 2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]項(xiàng)海帆.現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論與實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2005.Xiang Haifan. The theory and practice of modern bridge wind resistance[M].Beijing： China Communications Press，2005.

[4]Cao S. Y.，Tamura Yukio，Kikuchi N.，et al..Windcharacteristics of a strong typhoon[J].Journal of WindEngineering and Industrial Aerodynamics，2009，97：11- 21.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]