武 雋， 劉煥舉， 黃平明， 韓萬水， 劉曉東

(1. 長安大學(xué) 公路學(xué)院，西安 710064; 2. 河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

當(dāng)前橋梁呈現(xiàn)大跨化、輕型化的發(fā)展趨勢，對風(fēng)作用越來越敏感。沿海地區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)，風(fēng)速較大且變化較快，風(fēng)向瞬時變化，臺風(fēng)作用下的大跨橋梁安全評估勢在必行，臺風(fēng)風(fēng)場的合理模擬是關(guān)鍵。對橋梁來說，臺風(fēng)風(fēng)場模擬與良態(tài)風(fēng)的區(qū)別主要表現(xiàn)在三個方面：風(fēng)向時變性、風(fēng)場的衰減和風(fēng)速的非平穩(wěn)性。已有臺風(fēng)風(fēng)向模擬主要沿用良態(tài)風(fēng)模式，即假設(shè)風(fēng)向垂直于橋跨方向不變[1-3]，忽略臺風(fēng)風(fēng)向的時變性。但臺風(fēng)是圓形或近圓形的熱帶氣旋，臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時，隨著臺風(fēng)移動，橋梁各節(jié)點風(fēng)向不斷變化，且隨著橋梁跨徑的增大，節(jié)點間風(fēng)向差別也越來越大，這與已有的橋梁所有節(jié)點風(fēng)向固定且均垂直于橋跨的假設(shè)存在根本差異。且隨著千米級大跨徑橋梁的建設(shè)，臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時段明顯變長，臺風(fēng)衰減亦需進(jìn)行充分考慮。

臺風(fēng)風(fēng)速模擬方面，目前主要是通過改變經(jīng)典風(fēng)譜中的參數(shù)[4]或是基于進(jìn)化譜進(jìn)行模擬[5-9]。改變經(jīng)典風(fēng)譜中的參數(shù)方法，操作便捷，但經(jīng)典功率譜是通過實測分析大量具有平穩(wěn)特性的良態(tài)風(fēng)數(shù)據(jù)得到，而臺風(fēng)風(fēng)速具有明顯的非平穩(wěn)特性，因此模擬結(jié)果與實際風(fēng)場偏差較大。進(jìn)化譜模擬方法，雖然可考慮臺風(fēng)非平穩(wěn)特性，但該方法中的時變平均風(fēng)速的獲取主要基于實測或假設(shè)服從某三角函數(shù)分布。實測方法操作繁瑣，不可控因素較多且主要用于災(zāi)后分析，不能用于風(fēng)場預(yù)估。假設(shè)服從某三角函數(shù)分布的方法主要用于理論方法探索，適用性較小，且臺風(fēng)運動過程中，由于能量耗散，強度不斷衰減，而三角函數(shù)無法考慮臺風(fēng)衰減。因此建立考慮風(fēng)向時變、臺風(fēng)衰減和風(fēng)速非平穩(wěn)的大跨橋梁三維風(fēng)場全過程系統(tǒng)模擬方法亟待進(jìn)行。

本文首先建立橋梁節(jié)點臺風(fēng)風(fēng)速模擬方法，基于Batts風(fēng)場模型、臺風(fēng)衰減模型和平均風(fēng)剖面模型，對時變平均風(fēng)速進(jìn)行模擬，采用進(jìn)化譜理念改進(jìn)諧波合成法，模擬臺風(fēng)脈動部分。其次采用幾何方法，建立了分階段確定橋梁節(jié)點臺風(fēng)時變平均風(fēng)向方法，并集成風(fēng)速、風(fēng)向模擬方法構(gòu)建大跨橋梁三維臺風(fēng)風(fēng)場動態(tài)模擬框架。最后選取典型大跨斜拉橋為例，進(jìn)行了臺風(fēng)三維風(fēng)場模擬方法的適用性研究。

1 橋梁節(jié)點臺風(fēng)風(fēng)速模擬

臺風(fēng)風(fēng)速是一個源于時變均值、時變方差的極端事件，具有明顯的非平穩(wěn)特性。臺風(fēng)風(fēng)速模擬研究中，臺風(fēng)風(fēng)速可表示為時變平均風(fēng)速模擬和脈動風(fēng)速兩部分之和

U0(t)=U(t)+u(t)

(1)

式中:U0(t)為t時刻臺風(fēng)風(fēng)速；U(t)為時變平均風(fēng)速；u(t)為脈動風(fēng)速。

因此臺風(fēng)風(fēng)速模擬過程也可劃分為時變平均風(fēng)速模擬和脈動風(fēng)速模擬兩個部分。

1.1 時變平均風(fēng)速模擬

Batts模型是目前發(fā)展較為成熟的風(fēng)場模型，在平均風(fēng)速模擬方面，具有較高的準(zhǔn)確性[10]。采用Batts模型，考慮臺風(fēng)衰減和風(fēng)剖面風(fēng)速變化對時變平均風(fēng)速進(jìn)行模擬，依據(jù)臺風(fēng)中心與橋梁節(jié)點的時變位置關(guān)系確定臺風(fēng)經(jīng)過橋梁全過程的橋梁各節(jié)點的時變平均風(fēng)速時程。

氣象學(xué)中，常把臺風(fēng)風(fēng)場看作軸對稱的圓形漩渦來進(jìn)行分析，臺風(fēng)的等溫線和等壓線近似于一組圍繞中心的同心圓，因此在模擬過程中，假定臺風(fēng)風(fēng)場范圍為軸對稱的圓。確定風(fēng)場內(nèi)各點時變平均風(fēng)速，首先需建立風(fēng)場能量衰減模型，確定風(fēng)場中心氣壓差的衰減規(guī)律；其次可通過確定最大梯度風(fēng)速Vgri和最大風(fēng)速半徑Rmax，依據(jù)各點與臺風(fēng)中心的距離求得風(fēng)場內(nèi)各點時變平均風(fēng)速，該時變平均風(fēng)速為海平面10 m高度處的時變平均風(fēng)速；最后進(jìn)一步采用海平面與地面的風(fēng)速轉(zhuǎn)化關(guān)系和風(fēng)剖面模型，確定各高度處的橋梁節(jié)點時變平均風(fēng)速。

1.1.1 風(fēng)場能量衰減模型[11]

臺風(fēng)登陸后在運動過程中能量不斷耗散，強度不斷衰減，中心氣壓差不斷減小，登陸t時刻后的中心氣壓差為Δp(t)

Δp(t)=Δp0-0.675(1+sinφ)t

(2)

式中:Δp0為臺風(fēng)登錄前中心氣壓差；φ為登陸海岸線與臺風(fēng)運動方向夾角；t為登陸時間。

1.1.2 風(fēng)場內(nèi)各點時變平均風(fēng)速

臺風(fēng)最大風(fēng)速半徑Rmax是氣旋中心到其最強烈風(fēng)帶之間的距離，由于臺風(fēng)衰減，中心氣壓差不斷減小，最大風(fēng)速半徑具有時變性，表達(dá)式為[12]

Rmax(t)=exp(-0.123 9Δp(t)0.600 3+5.103 4)

(3)

式中：VRmax(t)為時變平均最大風(fēng)速，一般出現(xiàn)于時變最大風(fēng)速半徑處，為

VRmax(t)=0.865Vgri(t)+0.5VT

(4)

式中:VT為臺風(fēng)整體移動速度；Vgri(t)為時變最大梯度風(fēng)速。

梯度風(fēng)速為氣壓梯度力造成的空氣流動速度，時變最大梯度風(fēng)速Vgri(t)為

(5)

式中：K為常系數(shù)，通常取為6.72；f=2ωsinφ，為地球自轉(zhuǎn)科氏力系數(shù)，ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，φ為地理緯度。

則風(fēng)場內(nèi)與臺風(fēng)中心距離為r(t)的節(jié)點風(fēng)速為

(6)

式中:Vr,in(t)，Vr,out(t)分別為橋梁節(jié)點與臺風(fēng)中心的距離r(t)小于和大于Rmax(t)的風(fēng)速；x為與臺風(fēng)沿徑向強度衰減有關(guān)的參數(shù)，在0.5～0.7的變化。

1.1.3 地面與海面平均風(fēng)速轉(zhuǎn)化關(guān)系

臺風(fēng)登陸后，受地表障礙物的影響強度不斷減弱，地面10 m高度處平均風(fēng)速與海面10 m高度處平均風(fēng)速轉(zhuǎn)化關(guān)系為[13]

(7)

式中:Vert(10)為地面10 m高度處10 min內(nèi)的平均風(fēng)速；Vr(10)為海面10 m高度處10 min內(nèi)的平均風(fēng)速；C為障礙因子；z0為地面粗糙長度。

1.1.4 風(fēng)剖面模型

不同高度處的臺風(fēng)平均風(fēng)速計算，可采用指數(shù)律風(fēng)剖面經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚14]

(8)

式中:Vert,z為z高度處的平均風(fēng)速；Vert,z1為z1高度處的平均風(fēng)速；α為路面粗糙度參數(shù)。

1.2 脈動風(fēng)速模擬

對于良態(tài)風(fēng)一般將平均風(fēng)速視為常數(shù)，采用諧波合成等方法對其脈動風(fēng)速進(jìn)行模擬。臺風(fēng)風(fēng)速變化較快，平均風(fēng)速具有明顯的時變性，在整個模擬時長內(nèi)，不能再視為常數(shù)，因此在臺風(fēng)脈動風(fēng)速模擬時，基于進(jìn)化譜理念，對諧波合成法進(jìn)行改進(jìn)，隨著時變平均風(fēng)速變化更新風(fēng)功率譜，實現(xiàn)對臺風(fēng)非平穩(wěn)特性的模擬。

把風(fēng)場模擬時長T離散成p個足夠短時間間隔Δt，T=pΔt，因為Δt足夠短，每個Δt內(nèi)的風(fēng)速均可近似視為零均值平穩(wěn)隨機過程，每個Δt內(nèi)任意時間點的平均風(fēng)速均可視為該時間間隔內(nèi)的平均風(fēng)速，即為時變平均風(fēng)速，例如在t～t+Δt內(nèi)，時變平均風(fēng)速可表示為U(t)。因此臺風(fēng)脈動風(fēng)速模擬分為兩步：①在每個時間間隔Δt內(nèi)，采用諧波合成法模擬零均值穩(wěn)態(tài)脈動風(fēng)速，實現(xiàn)每個時間間隔Δt內(nèi)的脈動風(fēng)模擬；②在不同時間間隔中，隨著時變平均風(fēng)速變化更新風(fēng)功率譜，實現(xiàn)不同時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬。

1.2.1 時間間隔Δt內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬

由于時間間隔足夠短，時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速視為零均值平穩(wěn)高斯隨機過程，因此每個時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速可基于經(jīng)典風(fēng)譜，直接采用諧波合成法進(jìn)行模擬。

以z高度處的節(jié)點i為例，t～t+Δt內(nèi)的脈動風(fēng)速為

(9)

在模擬過程中，水平順風(fēng)向風(fēng)功率譜和橫風(fēng)向風(fēng)功率譜常采用Simiu譜，豎向風(fēng)功率譜采用Lumley-Panofsky譜[15]，不同方向風(fēng)場模擬時，只需替換成相應(yīng)方向風(fēng)譜即可。由于篇幅限制，下面只對水平順風(fēng)向進(jìn)行說明，則該時間間隔t～t+Δt內(nèi)的風(fēng)功率譜為

(10)

1.2.2 不同時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速模擬

在不同時間間隔，通過實時更新式(10)風(fēng)譜中時變平均風(fēng)速，得到每個時間間隔內(nèi)的時變風(fēng)功率譜，進(jìn)而獲取不同時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速。

在分別實現(xiàn)臺風(fēng)時變平均風(fēng)速和脈動風(fēng)速的模擬的基礎(chǔ)上，取臺風(fēng)時變平均風(fēng)速與相應(yīng)時間間隔內(nèi)的脈動風(fēng)速之和，即實現(xiàn)了臺風(fēng)風(fēng)速的模擬。

2 橋梁節(jié)點時變臺風(fēng)風(fēng)向確定

由于臺風(fēng)與橋梁位置的相對移動，在臺風(fēng)經(jīng)過橋梁的時間段內(nèi)，橋梁各節(jié)點的風(fēng)向隨臺風(fēng)移動在不斷變化。確定臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時段橋梁節(jié)點的時變風(fēng)向時，做出如下假定：①臺風(fēng)風(fēng)向規(guī)律變化；②該時段內(nèi)臺風(fēng)保持勻速直線運動。下面以臺風(fēng)中心經(jīng)過橋跨典型工況為例，建立臺風(fēng)經(jīng)過橋梁全過程的橋梁節(jié)點時變風(fēng)向確定方法。

2.1 階段劃分

線段AB為橋梁主梁縱向中線，點G為臺風(fēng)眼運動路徑與橋跨交點，簡稱“運交點”，圓為臺風(fēng)風(fēng)場范圍，忽略圓外風(fēng)場，如圖1所示。為便于分析，設(shè)沿橋梁軸線右向為正方向，依據(jù)橋梁節(jié)點來流風(fēng)向的不同，把臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時段分為4個階段：第一階段，橋梁全跨受來流方向為主梁右側(cè)的風(fēng)作用，橋梁全跨節(jié)點逐漸進(jìn)入風(fēng)場；第二階段，AG內(nèi)的節(jié)點風(fēng)向逐漸由右側(cè)變?yōu)樽髠?cè)；第三階段，GB內(nèi)的節(jié)點風(fēng)向逐漸由右側(cè)變?yōu)樽髠?cè)；第四階段，橋梁全跨受來流方向為主梁左側(cè)的風(fēng)作用，橋梁全跨節(jié)點逐漸移出風(fēng)場。

圖1 臺風(fēng)經(jīng)過橋梁區(qū)域全過程階段劃分Fig.1 Stage division during typhoon passing through bridge area

2.2 參數(shù)定義

m(t)為t時刻臺風(fēng)中心到運交點的距離，α為臺風(fēng)運動方向與橋梁軸線的夾角，γ為臺風(fēng)中心與橋梁最左端節(jié)點連線和橋梁軸線的夾角，臺風(fēng)運動速度為v。θi,j,k為所求風(fēng)向節(jié)點與臺風(fēng)中心的連線與橋梁軸線的夾角，設(shè)橋梁軸線向右為正，βi,j,k節(jié)點風(fēng)向與橋梁軸線正方向之間的夾角，i=1,2,3表示階段編號，j=z,y表示在運交點左側(cè)和右側(cè)，k=l,r表示在垂足F左側(cè)和右側(cè)，如圖2和圖3所示。

2.3 節(jié)點風(fēng)向確定

當(dāng)臺風(fēng)風(fēng)場范圍與橋梁最左側(cè)節(jié)點接觸，即橋梁將要進(jìn)入臺風(fēng)風(fēng)場范圍時，如圖2所示，圖中

(11)

圖2 第一階段風(fēng)向確定Fig.2 Determination of wind direction in the first stage

此時臺風(fēng)中心距離運交點的距離為

(12)

在臺風(fēng)運動時間t時，臺風(fēng)中心距離運交點距離為

m(t)=m(0)-vt

(13)

2.3.1 第一階段

(14)

(a)運交點G左側(cè)橋梁節(jié)點H

(15)

(b)運交點G右側(cè)的橋梁節(jié)點K

(17)

(18)

2.3.2 第二階段

(19)

(a)運交點G左側(cè)

①垂足點F左側(cè)節(jié)點H風(fēng)向

(20)

(21)

②垂足點F至運交點G之間的節(jié)點H’風(fēng)向可采用式(16)計算。

(b)運交點G右側(cè)橋梁節(jié)點K風(fēng)向可采用式(18)計算。

2.3.3 第三階段

(22)

(a)運交點G左側(cè)節(jié)點H風(fēng)向

(23)

(24)

(b)運交點G右側(cè)

①運交點G至垂點F的節(jié)點K風(fēng)向

(25)

(26)

②垂點F右側(cè)節(jié)點N風(fēng)向

(27)

(28)

圖3 第二、第三階段風(fēng)向確定Fig.3 Determination of wind direction in the second and third stage

2.3.4 第四階段

(a)運交點G左側(cè)節(jié)點風(fēng)向采用式(24)計算。

(b)運交點G右側(cè)節(jié)點風(fēng)向采用式(26)計算。

當(dāng)臺風(fēng)中心運動路徑不經(jīng)過橋梁跨徑時，包括橋梁跨徑在路徑左側(cè)和右側(cè)兩種情況，橋梁節(jié)點時變風(fēng)向可分別參照運交點左側(cè)、右側(cè)節(jié)點風(fēng)向的確定公式進(jìn)行確定。

3 大跨橋梁臺風(fēng)全過程風(fēng)場模擬

3.1 橋梁基本資料

選取橋址位于臺風(fēng)頻發(fā)沿海地區(qū)的典型大跨斜拉橋為工程實例，對該橋臺風(fēng)全過程三維風(fēng)場進(jìn)行模擬。該斜拉橋為設(shè)計跨徑908 m的鉆石型雙塔空間雙索面五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，如圖4所示。氣象調(diào)查顯示該橋橋位處氣象條件復(fù)雜多變，臺風(fēng)、雷暴等突發(fā)性災(zāi)害天氣時有發(fā)生，僅2016年就遭受了“莫蘭蒂”、“馬勒卡”等一系列臺風(fēng)侵襲。

3.2 參數(shù)確定

對全橋三維風(fēng)場的模擬，選取了14個典型的模擬點：其中沿跨度方向選取了10個點，各模擬點間距為D=[101,101,101,101,100,101,101,101,101]m；每個橋塔沿塔的高度方向各選取了兩個點，具體位置為橋塔頂點及橋塔頂點與主梁中心線連線的中點，模擬點布置如圖4所示。

圖4 實例橋梁立面圖及臺風(fēng)模擬點布置(m)Fig.4 Elevation and arrangement of typhoon simulation points of the bridge example (m)

模擬計算的主要參數(shù)如下：跨度L=908 m;主梁離地高度z=54 m；地面粗糙度z0=0.03；模擬點數(shù)m=14；截止頻率ωup=4π rad/s；頻率等分?jǐn)?shù)N=1 024；模擬采樣時距dt=0.5 s；風(fēng)剖面采用指數(shù)律模型，指數(shù)α取0.03。不同節(jié)點處的臺風(fēng)相干函數(shù)采用Davenport形式，λ為衰減系數(shù)，取7[16]。中心氣壓差Δp=10 hPa；登陸海岸線與臺風(fēng)運動方向夾角φ=π/4；臺風(fēng)登陸時間t=2 h；地理緯度φ=30°；與臺風(fēng)沿徑向強度衰減有關(guān)的參數(shù)x=0.7；障礙因子C=0.85；臺風(fēng)運動方向與橋梁軸線的夾角α=π/4；

3.3 橋梁典型節(jié)點風(fēng)場模擬分析

基于提出的臺風(fēng)經(jīng)過橋梁全過程的大跨橋梁臺風(fēng)三維風(fēng)場動態(tài)模擬系統(tǒng)方法，對橋梁風(fēng)場進(jìn)行模擬，選取典型節(jié)點模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

3.3.1 風(fēng)速模擬

(a)時變平均風(fēng)速

采用第1.1節(jié)中的時變平均風(fēng)速模擬方法，考慮臺風(fēng)衰減和風(fēng)速沿風(fēng)剖面的變化規(guī)律，對橋梁節(jié)點的臺風(fēng)時變平均風(fēng)速進(jìn)行模擬，限于篇幅，選取第2、第9、第11三個典型點進(jìn)行分析。

由圖5可知，時變平均風(fēng)速總體呈對稱“M”型，但并不是完全對稱，由于臺風(fēng)在運動過程中的衰減，后半部分值略??；兩個極大值出現(xiàn)于各自對應(yīng)的最大風(fēng)速半徑處；模擬時變平均風(fēng)速規(guī)律與臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和實測臺風(fēng)風(fēng)速規(guī)律相同。由于臺風(fēng)在運動過程中能量不斷衰減，臺風(fēng)眼與最大風(fēng)速之間的時變平均風(fēng)速隨時間呈凹曲線變化。由于各節(jié)點空間位置的不同，最大平均風(fēng)速通過各節(jié)點的時間不同，但臺風(fēng)尺寸相對于橋梁跨徑太大，因此最大平均風(fēng)速通過各節(jié)點的時間差異不明顯。風(fēng)速沿豎向高程的變化較為明顯，高程越大，風(fēng)速越大。

圖5 典型點時變平均風(fēng)速Fig.5 Time-varying mean speed of typical points

(b)脈動風(fēng)速

采用提出的改進(jìn)的諧波合成法，基于模擬的各節(jié)點時變平均風(fēng)速，考慮節(jié)點間風(fēng)速的相干性，對大跨橋梁三維風(fēng)場進(jìn)行模擬。限于篇幅，選取典型節(jié)點(圖4中第2、第9點)及典型時間段(圖5中A和C時間段)的風(fēng)場模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

由圖6可知，各時間區(qū)段臺風(fēng)風(fēng)速總體趨勢與時變平均風(fēng)速趨勢相同，風(fēng)速時程曲線圍繞時變平均風(fēng)速上下波動，時變平均風(fēng)速越大，振幅越大，反之亦然。

圖6 第2、第9點臺風(fēng)風(fēng)速Fig.6 Typhoon speed at point 2 and 9

3.3.2 風(fēng)向模擬

基于提出的橋梁節(jié)點風(fēng)向角確定方法，可獲取臺風(fēng)經(jīng)過橋梁整個時段的各個節(jié)點風(fēng)向變化時程，限于篇幅，選取運交點G左側(cè)節(jié)點第2點和右側(cè)節(jié)點第9點進(jìn)行分析。

由圖7可知，運交點左側(cè)和右側(cè)節(jié)點的時變風(fēng)偏角變化規(guī)律不同，主要表現(xiàn)在臺風(fēng)中心通過橋梁區(qū)域時段。運交點左側(cè)節(jié)點時變風(fēng)偏角在整個臺風(fēng)經(jīng)過時段內(nèi)隨時間逐漸減小，在臺風(fēng)中心通過橋梁區(qū)域時減小迅速。運交點右側(cè)節(jié)點風(fēng)向角在臺風(fēng)中心經(jīng)過時發(fā)生突變，風(fēng)向角在節(jié)點經(jīng)過臺風(fēng)中心區(qū)域時刻的前后兩個階段均呈增大趨勢。

圖7 第2和第9點的時變風(fēng)向Fig.7 Time-varying wind direction at point 2 and 9

3.3.3 橋梁作用風(fēng)速

在橋梁響應(yīng)分析時，水平面上橋梁的作用風(fēng)速為橫橋向的風(fēng)速分量。基于建立的風(fēng)場模擬方法，在確定橋梁各節(jié)點風(fēng)速時程和風(fēng)向時程的基礎(chǔ)上，求取橫橋向風(fēng)速分量，對橋梁作用風(fēng)速進(jìn)行分析。

在已有的橋梁風(fēng)場模擬時，大部分研究僅對風(fēng)場的風(fēng)速進(jìn)行模擬，對風(fēng)向變化的考慮較少，在進(jìn)行橋梁分析時，風(fēng)來流方向集中于橋梁一側(cè)。由圖8可知，在整個臺風(fēng)時段內(nèi)，第一階段，風(fēng)來流方向集中在橋梁一側(cè)變化，第四階段，風(fēng)來流方向集中在橋梁另一側(cè)。第二、第三階段為風(fēng)來流方向由一側(cè)變換至另一側(cè)階段，定義為“異風(fēng)向階段”。在臺風(fēng)經(jīng)過時，風(fēng)來流方向由橋梁一側(cè)變化至另一側(cè)，且橋梁風(fēng)向在時時變化，與以往的橋梁分析時單側(cè)定風(fēng)向的風(fēng)場假定有根本性差異，會對橋梁的響應(yīng)、疲勞等結(jié)果產(chǎn)生影響。尤其是在異風(fēng)向階段，橋梁各節(jié)點會依次出現(xiàn)風(fēng)來流方向由主梁一側(cè)變換至另一側(cè)，在這個過程中，橋梁受圓心移動的逆時針環(huán)流風(fēng)向作用，會對橋梁響應(yīng)尤其是扭轉(zhuǎn)響應(yīng)產(chǎn)生影響，雖然風(fēng)速較小，但需進(jìn)行特別關(guān)注。

圖8 第2、第9點考慮和不考慮風(fēng)偏角風(fēng)速對比Fig.8 Comparison of speed atpoint 2 and 9 considering and not considering wind yaw angle

4 結(jié) 論

(1)首次構(gòu)建了大跨橋梁全過程臺風(fēng)三維風(fēng)場系統(tǒng)模擬方法。該系統(tǒng)方法可考慮臺風(fēng)非平穩(wěn)特性、時變風(fēng)向、臺風(fēng)衰減、風(fēng)剖面及橋梁各節(jié)點風(fēng)速的空間相關(guān)性等，為大跨橋梁臺風(fēng)風(fēng)場模擬提供有效途徑。

(2)臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時，橋梁各節(jié)點的風(fēng)向不同，且均具有時變性，導(dǎo)致橋梁各節(jié)點風(fēng)速橫橋向分量不同且均具有時變性，臺風(fēng)作用下的橋梁響應(yīng)進(jìn)行分析時，風(fēng)向須納入考慮。

(3)臺風(fēng)中心區(qū)域經(jīng)過橋梁時，橋梁受圓心移動的逆時針環(huán)流風(fēng)向作用，會對橋梁響應(yīng)尤其是扭轉(zhuǎn)響應(yīng)產(chǎn)生影響，雖然風(fēng)速較小，但環(huán)流風(fēng)效應(yīng)須特別關(guān)注。

(4)臺風(fēng)經(jīng)過橋梁時段，風(fēng)作用方向整體會由橋梁一側(cè)變化至橋梁另一側(cè)，這對橋梁響應(yīng)、疲勞等的影響須引起關(guān)注。

(5)文中對臺風(fēng)登陸后運動規(guī)律做了服從勻速直線運動的假設(shè)，后期將對臺風(fēng)登陸后的運動規(guī)律進(jìn)行研究并融入至風(fēng)場模擬方法中。