[發明專利]風譜模型的精細模擬方法

無效

• 申請號: 200910028005.4
• 申請日: 2009-01-05
• 公開（公告）號: CN101476988A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 王浩;李愛群;謝靜;李杏平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種基于現場實測結果的風譜模型精細模擬技術，尤其適用于工程結構抗風分析中對風譜模型的準確模擬。

背景技術

風災是自然災害的主要災種之一，由其造成的人員傷亡和經濟損失巨大。因此，研究風對結構的作用具有重要意義。經過三十多年的努力，結構風工程研究取得了很大進步，解決了一些工程實際問題，為推動科學進步和社會發展作出了貢獻。

風特性的現場實測對結構風工程學科的發展具有重要價值，尤其是對與結構風工程研究密切相關的近地邊界層強風特性進行測試分析，其價值更大。國外強/臺風氣候模式的研究自上世紀70年代以來已有不少進展，一些國家已經建立了部分風特性數據庫，并據此得到了相應的風特性參數。我國這方面工作的總體水平相對比較薄弱，沿海地區強風特性的實測記錄還很缺乏，目前在抗風研究中主要采用基于國外研究成果的風特性參數。由于風特性受地理位置等因素的影響，這些參考國外研究成果風特性參數并不能很好地適用于我國的特定地理位置和環境。

風譜模型能夠準確反映出脈動風中各頻率成分所作貢獻的大小，是風特性最為主要的參數。目前常用的幾種脈動風速功率譜如Davenport譜、Kaimal譜以及Karman譜等在某些重要頻段內差別較大，甚至以倍計，因此必需通過實測來檢驗現有風譜模型的準確性，比較現有各種風譜模型的優缺點，并對風譜模型的模擬技術進行精細化研究。

由于我國有著漫長的海岸線、許多地區易受臺風直接侵襲，而且近年來臺風又有著愈演愈烈的趨勢；另一方面，由于目前我國土木工程建設事業正在蓬勃發展，一些超大、超高、超長的復雜工程結構已開始施工。因此，為了正確地指導強/臺風作為控制荷載地區的結構抗風設計，有必要通過大量風特性的測試以及合理的風譜模型模擬技術，以建立符合實際情況的風譜模型，改進現有的風荷載規范。

發明內容

技術問題：本發明的目的是創建一種基于現場實測結果的風譜模型精細模擬方法，該技術將分段模擬應用于風譜模型的擬合當中，在很大程度上解決了擬合風譜與實測風譜模型之間存在較大誤差的問題，模擬出的風譜模型能夠更加精確地反映結構物所處的真實的風環境。

技術方案：針對上述問題，本發明首先通過對大量的風特性實測數據進行功率譜分析來獲得實測風譜模型；其次在頻域內找出實測風譜模型的拐點及其位置，并根據拐點對風譜模型在頻域內進行分段；最后對每段風譜模型分別進行擬合。解決上述問題所采用的技術方案流程如下：

第一步：進行大量強/臺風現場實測；

實測方法有兩種，一種是在臺風來臨期間，估計臺風到達時間，將風速儀置于大跨度橋梁的跨中或塔頂，調整采集頻率進行風速和風向數據的采集；另一種是通過安裝在結構健康監測系統——SHMS中的風速儀進行風速和風向數據的采集，傳輸系統將采集系統采集的數據傳送到監測中心；

第二步：對實測風速和風向數據進行功率譜分析，獲得實測風譜模型；

對采集到的風速數據樣本進行分析處理，選擇一段風速較大且平穩的子樣本，基于matlab大型數據處理軟件，采用PSD功率譜密度估計方法，編寫功率譜密度計算程序進行計算，獲得實測風速數據的功率譜密度，以x軸為頻率，y軸為功率譜密度，繪制曲線，即為實測風速數據的風譜模型；

第三步：計算實測風譜模型的拐點數目，并根據拐點數目對風譜模型進行分段；

精細模擬技術，按先直觀后精確計算的方法確定拐點位置，對實測風譜模型進行分段，若風譜模型存在k個拐點，則將其分成k+1段；

第四步：對每一段風譜模型，采用非線性最小二乘法，分別進行擬合模擬；

對每一小段風譜模型，仍采用類似規范規定的順風向功率譜表達式進行擬合，即：