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广州塔高空风场特性与风压预测

王友武  
【摘要】:现代建筑正朝着高度越来越高的方向发展,许多都已经超越450m的高度,对于这些既高且柔的超高层,其固有频率更加接近强风的卓越频率,风荷载作用下结构的响应进一步加剧,风荷载已成为这些超高层的主要设计荷载。但是对边界层450m以上的风场特性,建筑表面的风压情况等并不清楚,可能会出现一般高层建筑抗风研究中没有碰到或必须关注的新的基础问题。因此本文以广州塔为试验场地,在其塔顶465m处安装风速仪进行长期的风速监测,并在其桅杆上(离地500m)进行风压实测,对边界层以上的风场特性和风压情况进行研究,主要内容包括: (1)简单回顾了风场特性,风压研究的概况,指出现阶段存在的一些问题,并且阐述本文研究的意义。 (2)对两次实测到的台风风速数据,分别根据平稳风速模型和非平稳风速模型进行风场特性的分析。对比研究表明,2种模型得到的平均风速基本一致;非平稳风速模型计算得到的紊流强度和积分尺度都小于平稳风速模型的计算值,而阵风系数大于平稳风速模型计算值;非平稳风速模型得到的脉动风速更好的符合正态分布。 (3)利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转换得到脉动风压谱并与实测的对比,发现实测谱与Karman谱符合良好。分别从时域与频域两方面对实测点脉动风压水平和竖向空间相关性系数、以及水平与竖向相干函数进行全面深入分析,并利用基于单参数最小二乘算法对测点空间相干函数进行拟合,得到水平方向的相关性系数小于Davenport建议值,而竖向的相关性系数与Davenport建议值一致。 (4)介绍时间序列预测的参数模型并详细描述建模的步骤。引入小波分解,与时间序列结合,得到小波—时间序列并对单点风压时程进行预测,得出其比单独的时间序列预测精度更高。 (5)应用本征正交分解(POD)技术原理,对实测的风压场进行POD分解,并重建风压场,得出只须前几阶的本征模态就能得到很好的重建效果。最后利用POD技术根据已知测点的风压时程来预测未布置测点的风压时程,得出预测的效果较好。


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