桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算
工程中风压-风荷载理论定义和计算方法
第一章风、风速、风压和风荷载第一节风的基本概念风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
气流一遇到结构的阻塞，就形成高压气幕。
风速愈大，对结构产生的压力也愈大，从而使结构产生大的变形和振动。
结构物如果抗风设计不当，或者产生过大的变形会使结构不能正常地工作，或者使结构产生局部破坏，甚至整体破坏。
风引起对结构作用的风荷载，是各种工程结构的重要设计荷载。
风荷载对于高耸结构(如塔、烟囱、桅杆等)、高层房屋、桥梁、起重机、冷却塔、输电线塔、屋盖等高、细、长、大结构，常常起着主要的作用。
因而，风力的研究，对工程结构，特别对上述工程结构，是设计计算中必不可少的一部分。
对结构安全产生影响的是强风，可分为热带低压、热带风暴、台风或飓风、寒潮风暴、飑风、龙卷风等。
不同的季节和时日，町以有不同的风向，给结构带来不同的影响。
每年强度最大的风对结构影响最大，此时的风向常称为主导风向，可从该城市(地区)的风玫瑰图得出。
由于风玫瑰图是由气象台得出的，建筑所在地的实际风向可能与此不同，因而在结构风丁程上，除了某些参数需考虑风向外，一般都可假定最大风速出现在各个方向上的概率相同，以较偏于安全地进行结构设计。
关于需考虑风向的参数将在下面有关章节中加以说明。
风可以有一定的倾角，相对于水平一般最大可在±10°到—10°内变化。
这样，结构上除水平分风力外，还存在上下作用的竖向分风力。
竖向分风力对细长的竖向结构，例如烟囱等，一般只引起竖向轴力的变化，对这类工程来讲并不重要，因而只有像大跨度屋盖和桥梁结构，竖向分风力才应该引起我们的注意。
但其值也较水平风力为小，但属于同一数量级。
根据大量风的实测资料可以看出，在风的时程曲线中，瞬时风速。
包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10min以上；另一种是短周期部分，常只有几秒左右。
图1—1是风从开始缓慢上升至稳定值后的一个时程曲线示意图。
根据上述两种成分，实用上常把风分为平均风(即稳定风)和脉动风(即阵风脉动)来加以分析。
脉动风场的模拟方法及其在输电线路风振计算中的应用
脉动风场的模拟方法及其在输电线路风振计算中的应用沈国辉;黄俏俏;郭勇;邢月龙;楼文娟;孙炳楠【摘要】针对脉动风场各种模拟方法的适用性问题,在相同的输电塔线实例上进行模拟方法的应用,对比各种方法的计算效率和计算结果,分析各种模拟方法的适用性和等价性,最后探讨单塔和塔线体系计算结果的差异.研究表明:基于POD分解的WAWS法不存在风速互谱密度矩阵无法分解的情况,计算效率较高,因此推荐使用.考虑三维风场后响应的脉动均方根比一维风场大；塔线体系中计算得到的响应均方根比单塔大.%Different wind field simulation methods are applied to the same transmission line to illustrate whether these methods are suitable to simulate fluctuating wind field.The calculating efficiency and results based on these methods are compared and the applicability of these methods is studied.The difference between the results based on the model of an isolated tower and transmission-line system is also investigated.Results from this study show that, the WAWS method with POD decomposition is highly recommended because this method is quite efficient and does not encounter the problem that the cross spectrum matrix of wind velocities cannot be decomposed.The root-mean-square responses of the transmission tower considering three dimensional wind fields is larger than those considering one dimensional wind field.The root-mean-square responses of the tower line system are also larger than those of the isolated tower.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2013(031)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】风场;模拟;输电塔;风振响应;时域分析【作者】沈国辉;黄俏俏;郭勇;邢月龙;楼文娟;孙炳楠【作者单位】浙江大学土木工程学系,浙江杭州 310058;浙江大学土木工程学系,浙江杭州 310058;浙江省电力设计院,浙江杭州 310007;浙江省电力设计院,浙江杭州310007;浙江大学土木工程学系,浙江杭州 310058;浙江大学土木工程学系,浙江杭州 310058【正文语种】中文【中图分类】TU3120 引言结构风振时程分析需要有作为输入的脉动风荷载，由于输电塔是格构式透空结构，不能像房屋结构那样采用测压试验获得脉动风荷载，因此需要采用人工模拟方法来获得。
综合集成桅杆模拟风载强度实验研究
提 出新型的机械力模拟风载和流体力模拟风载加载技术 ， 开展 了桅杆强度实验研究． 实验测量 了桅杆 的应力响应和位移 响应 ， 实验结果与数值计 算结果 吻合较好． 分析 表明： 在设 计载荷内 ， 桅杆复合材料结构 和钢质结构的响应均呈现 出线性 特征 ， 验证 了结构设计的合理性 ； 桅杆结构的大开 口区域对强度有 较大的影响． 论文所采用 的强 度实验方法具有 较高 的 精度 ， 为封闭式筒形桅杆 风洞强度实验提供 了较为理想的替代 方法 ． 关键词 ： 综合集成桅 杆 ； 强度实验 ； 风载 ．Ⅱ 力载方法 中图分 类号 ：６ １７ 文献标 志码 ： 文章 编号 ： ０ —０ ３ ２ １ ）０１９ －６ Ｕ ６ ．２ Ａ １ ６７ （０ ０ １ ．２３０ ０ ４
第 ３ 卷第 １ １ ０期
２１ ００年 １ ０月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
பைடு நூலகம்
报
Ｖｏ ． Ｉ ３ｌ № ． ０ １ ０ｃ ． ０１ ｔ２ ０
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｒｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｕ ｉｅｓｔ ｏ ｒ ａ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｎｖ ｒｉ ｎ ｙ
ｄｉ１ ．９９ ｊｉ ｎ １０ － ４ ．０ ０ １．０ ｏ：０３ ６／．ｓ ．０ ６７ ３ ２ １ ．０ ０４ ｓ ０
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｓ ｆ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｔ ｅ ｓ ｏ
ａ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｍ ａ ｔ ｕ ｄ ｒ ｗｉ ｄ ｌ ａ ｎ ｉ ｔ ｇ ａ ｅ ｓ ｎ ｅ ｎ ｏ ｄ Ｙ Ｏ Ｘ ｏ ｇｌ ｎ ， Ｈ Ｎ ｉｇｊ ｎ ， Ａ Ｇ Ｗｅ —ｈ ｎ Ｚ Ｎ ｉｇｙ Ａ ｉｎ — ａ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｌｎ －ａ ｇ Ｙ Ｎ ｎ ｓａ ， Ｅ Ｇ Ｌｎ —ｕ ｉ ｉ
荷载课件-风荷载
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
脉动影响系数 1、结构迎风面宽度远小于其高度的情况（如高耸结构等） • 若外形、质量沿高度比较均匀； • 若结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变
化，而质量沿高度按连续规律变化时。 2、结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性
§ 3 - 2 风荷载的计算
波动风压对建筑产生的动力效应与建筑高度和刚度有 关。对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生 一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象。设计时采 用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以 风振系数。
对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高层房屋结构， 以及基本自振周期 大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸 结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的 风载。当超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体 型系数用2，即
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
例题2
例题2
例题3
例题3
例题3
例题3
作业题
1、风的有关知识 2、风荷载计算
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 1 风的形成 不同压力差的地区产生了趋向于压力平衡的空气
流动，便形成了风。
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 2 两类性质的大风 1. 台风
§ 3 - 1 风的有关知识
2. 季风
§ 3 - 1 风的有关知识
的情况（如高层建筑等）
§ 3 - 2 风荷载的计算
振型系数 应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按
桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算
时间改变的量；而脉动风则具有明显的随机性，一 般可用零均值平稳Ｇａｕｓｓ随机过程来描述．作用 于结构上任意处的风速为平均风速和脉动风速之
和，风的模拟主要是针对脉动风而言的． １．１平均风速剖面
平均风沿高度的变化规律，常称为风速梯度 或风速剖面．平均风速随高度的变化的规律常采
［６３
Ｏｗｅｎ
Ｊ Ｓ，Ｅｃｃｌｅｓ Ｂ Ｊ，Ｃｈｏｏ Ｂ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ—
ｓｅｒｉｅｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏ－ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｔｉｍｅ
ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ｋ＝１
ｌ一０，１，２，…，Ｎ一１
（１１）
２．２脉动风荷载计算 当不考虑结构与风的耦合作用及漩涡影响 时，根据Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ定理，自由流动的风速提供的 单位面积上的风压力为…］
ｗ＝妄弦２
∞，ｌ（叫）＝ｅｘｐ（一互Ｇ７【口ｗ‘△ｌｕｚ））
（６）
（１２）
结构任一高度处的瞬时风速Ｖｉ为平均风速 矿ｉ与脉动风速口；之和：Ｖ；＝彰＋奶 则作用在结构上的风压ｗ
Ｚ
《 杂 崖
ｔ／ｓ
－∥Ｈｚ ｂ）清波叠加法
图３上层纤绳与杆身连接处（高度１１５ ｍ）的风荷载时程
图５高度１２５ ｍ处的脉动风自功率谱比较
万方数据
・１０６０・
武汉理工大学学报（交通科学与工程版）
ｍ
２０１０年第３４卷
为了检验模拟精度，本文将桅杆高度为５５
［２３
Ｄｅｏｄａｔｉｓ Ｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｇｏｄｉｃ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ
风速与风荷载的换算公式
风速与风荷载的换算公式文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5?ro?v2(1)其中wp为风压[kN/m2]，ro为空气密度[kg/m3]，v为风速[m/s]。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro?g,因此有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5?r?v2/g(2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013hPa,温度为15°C),空气重度r=0.01225[kN/m3]。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s2],我们得到wp=v2/1600(3)此式为用风速估计风压的通用公式。
应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。
一般来说，r/g在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。
现在我们将风速代入(3),10级大风相当于24.5-28.4m/s,取风速上限28.4m/s,得到风压wp=0.5[kN/m瞉,相当于每平方米广告牌承受约51千克力。
风力是指风吹到物体上所表现出的力量的大小。
一般根据风吹到地面或水面的物体上所产生的各种现象，把风力的大小分为13个等级，最小是0级，最大为12级。
其口诀：0级静风，风平浪静，烟往上冲。
1级软风，烟示方向，斜指天空。
2级轻风，人有感觉，树叶微动。
3级微风，树叶摇动，旗展风中。
4级和风，灰尘四起，纸片风送。
5级清风，塘水起波，小树摇动。
6级强风，举伞困难，电线嗡嗡。
7级疾风，迎风难行，大树鞠躬。
8级大风，折断树枝，江湖浪猛。
9级烈风，屋顶受损，吹毁烟囱。
此外，根据需要还可以将风力换算成所对应的风速，也就是单位时间内空气流动的距离，用米/秒表示，其换算口诀供参考：二是二来一是一，三级三上加个一。
风电机组塔架的脉动风速时程模拟
风电机组塔架的脉动风速时程模拟叶赟;宫兆宇【摘要】In this paper, an autoregressive model(AR model) is used to simulate wind speed time series. e spectrum of simulated wind speed time series is found in agreement with the target spectrum, Davenport wind speed spectrum. Samples of the uctuating wind load on the nodes of a structure are obtained. Using the WAWS, the article builds an AR model to calculate the model order and edit a simulation program. rough the analysis on some wind turbines tower, the feasibility and e ciency of this simulation model is veri ed.% 本文简述了谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列，并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性，从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法。
本文采用谐波合成法，建立了脉动风速时程的 AR 模型，编辑出脉动风速时程模拟程序，并对某风电机组塔架进行脉动时程分析，验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性。
【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】6页(P72-77)【关键词】脉动风;数值模拟;自回归模型;风电机组塔架【作者】叶赟;宫兆宇【作者单位】内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，包头 014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，包头 014010【正文语种】中文【中图分类】TM614高耸结构风荷载是结构设计时必须要考虑的一类重要的随机荷载，风振响应成为控制结构设计的重要因素。
风速计算公式及方法
您好，根据相关标准，56.1m/s及以上的风统一划为17级风，因为诸如72m/s的风速事实上是极其罕见的了，并没有进一步分级；至于台风的分级，目前最高级别也就是超强台风，指的是中心附近最大风力大于16级（51m/s）的台风。
基本风压值与风力简单换算基本风压(KN/m2) 相当抗风能力(级别) 观测高度距地0.35 7 10米0.40 8 10米0.50 9 10米0.60 10 10米0.70 11 10米0.85 12 10米我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5·ro·v² (1)其中wp为风压[kN/m²]，ro为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro·g, 因此有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5·r·v²/g (2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 [kN/m³]。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s²], 我们得到wp=v²/1600 (3)此式为用风速估计风压的通用公式。
应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。
一般来说，r/g 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。
基本风压值与风力简单换算基本风压(KN/m2) 相当抗风能力(级别) 观测高度距地0.35 7 10米0.40 8 10米0.50 9 10米0.60 10 10米0.70 11 10米0.85 12 10米* 以上换算数值根据国家建筑荷载规范进行计算,因风压换算需要空气密度、水汽压等数据，故此值仅供参考例题：根据气象部门资料计算基本风压。
风荷载标准值教程文件
风荷载标准值风荷载标准值关于风荷载计算风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。
脉动风和稳定风风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。
脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。
以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。
平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。
阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。
注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。
从风振的性质看顺风向和横风向风力顺风向风力分为平均风和阵风。
平均风相当于静力，不引起振动。
阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。
也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。
横风向，既有周期性振动又有随机振动。
换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。
反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。
有的计算方法根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法（2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。
由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。
结构力学第三章 风荷载
09年8月9日迫近中国的台风莫拉克，18时30分由霞浦进入福建，登陆时中心附近 最大风力有12级（33米/秒）。随着莫拉克迫近，浙江同福建两省共疏散接近100万人，
7万多艘船回港避风。浙江苍南县的降雨量超过 250毫米。
· 在8月10日05时30分，中央气象局解除台风警报并在10分钟后发布豪雨特报。 · 在8月11日凌晨减弱为热带低气压。
静 寻常鱼船略摇动 鱼船张帆时可随风移行2-3km/h 鱼船渐觉簸动,随风移行5-6km/h 鱼船满帆时倾于一方 鱼船缩帆(即收去帆之一部) 鱼船加倍缩帆,捕鱼需注意风险 鱼船停息港中,在海上下锚 近港鱼船皆停留不出 汽船航行困难 汽船航行颇危险 汽船遇之极危险 海浪滔天
静、烟直上 烟能表示风向,但风向标不能转动 人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动 树叶及微枝摇动不息,旌旗展开 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝摇动 有叶的小树摇摆,内陆水面有波 大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难 全树摇动,迎风步行感觉不便 微枝折毁,人向前行感觉阻力甚大 烟囱顶部及平瓦移动,小屋有损
名称
浪高(m) 一般 最高
— 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 —
m/s
0-0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8～10.7
静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风
— 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0
热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级
名称 台风 （Typhoon） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 热带风暴 (Tropical storm) 热带低压 (Tropical depression) 属性 最大风速出现＞32．6 米/秒，也即 12 级以上（64 海里 /小时或以上） 最大风速出现 24．5-32．6 米/秒，也即风力 10-11 级 （48-63 海里/小时） 最大风速出现 17． 2-24． 米/秒， 4 也即风力 8-9 级 （34-47 海里/小时） 最大风速出现＜17． 米/秒， 2 也即风力为 6-7 级 （22-33 海里/小时）
18 m CFRP升降桅杆的抗风模拟分析研究
18 m CFRP 升降桅杆的抗风模拟分析研究
李光友1 ，李琳1 ，杨佳成1 ，边文凤2 （ 1. 威海光威复合材料股份有限公司，山东 威海 264200；
2. 哈尔滨工业大学 （ 威海） ，山东 威海 264200）
摘 要： 根据选定的升降桅杆整体结构形式和碳管的铺层方案，通过有限元计算，对 18 m CFRP 升降桅杆进行了抗风模拟分析。模拟计算结果显示，对碳纤管组装成的 18 m CFRP 升降桅杆，在 28 m / s 风 载荷情况下，级杆铺层为 0 /90 / + 45 / － 45 的桅杆，其整体应力、局部应力和整体变形均小于级杆铺层为 0 /90 的桅杆； 通过对 18 m CFRP 升降桅杆两种方案在 0°方向最大应力、90° 方向最大应力、剪切最大应 力、最大变形和级杆蔡 － 希尔强度校核值的分析和比较，证明了级杆铺层为 0 /90 / + 45 / － 45 桅杆的合 理性。
LI Guangyou1 ，LI Lin1 ，YANG Jiacheng1 ，BIAN Wenfeng2 （ 1． Weihai Guangwei Composites Co． ，Ltd，Shandong Weihai，264200，China； 2． Harbin Institute of Technology （ Weihai） ，Shandong Weihai，264200，China）
Abstract： According to the selected telescopic mast structure and carbon pipe layer，wind resistant properties of eighteen meters CFRP mast are analysed by finite element method． It is revealed that the overall stress，local stress and overall deformation of the 0 /90 / + 45 / － 45 layer mast are less than those of the 0 /90 layer mast under 28 m / s wind load for the eighteen meters CFRP mast assembled with carbon fibre tubes． By analyzing and comparing the 0° maximum stress，90° maximum stress，maximum shear stress，maximum deformation and Tsai － Hill strength checking values of the two schemes of eighteen meters CFRP mast，the rationality of the 0 /90 / + 45 / － 45 layer mast is proved．
高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟
高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟谭仕发;缪炳荣;杨忠坤;王名月【摘要】为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法(AR模型)模拟了随列车移动点的脉动风速时程.基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟.通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0～3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】6页(P30-35)【关键词】脉动风;线性滤波法;气动导纳;非定常气动载荷【作者】谭仕发;缪炳荣;杨忠坤;王名月【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TH138;U270.1引言轻量化设计及更高的运行速度带来的不仅仅是生活的便利和高铁事业的辉煌，还有乘客生命财产安全的隐忧。
列车高速运行过程中产生的气动力和气动力矩无法避免，横风引起的行车安全问题更是不可回避，近年来，强侧风下列车出现的脱轨、倾覆等安全事故时有发生[1]。
横风对列车运行安全的影响应该得到重视，目前，各国专家、学者已开展了大量的科研工作，研究侧风对列车运行状态的影响并提出了应对策略。
以往对高速列车的侧风气动性能的研究多基于均匀风假设，任尊松等利用CFD计算所得的风载荷值作为外加载荷作用于列车动力学模型,研究了侧向风速对直线运行列车运行安全性的影响特性[2]。
考虑风振的风荷载计算流程
考虑风振的风荷载计算流程考虑风振的风荷载计算流程对于一栋拟建建筑来说，风荷载的计算步骤到底是什么的呢？对于低层建筑，一般可以直接查规范，按公式w=μzμsβw0来计算设计风压，其中的风载体型系数，荷载规范中明确规定，对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞实验确定。
至于风振系数，一般建筑不进行考虑，但规范中规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。
而且对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，均可仅考虑结构第一振型的影响，且以风振系数的形式给出。
除了上面所述的一些高耸结构，还有一大类结构也需要考虑风振的影响，即对风敏感或跨度大于36m的柔性屋盖结构，比如各种大型车站、煤棚等等。
总的来说，对于根据规范不需要考虑风振效应的建筑来说，只需要查阅规范，用基本风压承压风压高度变化系数和风载体型系数即可得出风荷载；对于根据规范要求需要考虑风振效应的建筑来说，则一般需要做风洞实验或者数值模拟确定风载体型系数，并进行结构风振计算，给出等效成静风荷载的风振系数，之后就可以按照规范的公式w=μzμsβw0计算风荷载即可。
下面介绍需要考虑风振效应的建筑风荷载的计算方法。
不管是数值模拟还是风洞实验，都需要模拟拟建建筑物所在的风场。
一般先根据拟建建筑物所处的位置即周边环境，判断拟建建筑物所处地貌和查阅规范得到本地的基本风压。
由基本风压通过w=1 2ρv2计算得到基本风速，该风速是该处标准地貌下10m高度处10min测得的平均速度的满足98%保证率（设计基准期为50年）的年最大风速，这是个平均风速。
然后在通过v z=(H T010)α0(10H Tα)α(z10)αv0得到拟建建筑物所处地貌下个高度处的设计风速。
如果是数值模拟，则通过设计速度边界条间来设置，当然还有湍流强度随高度的变化也需要通过设置相关参数来满足。
风对结构作用的计算
风对结构作用的计算
[2]
顺风向风力分为平均风和脉动风。平均 风亦称稳定风，它对结构作用相当于是静 力的，只要知道平均风的数值，可按结构 力学方法进行结构计算。脉动风亦称阵风 脉动，它对结构作用是动力的，在脉动风 作用下结构产生振动，常简称为结构风振。 对于结构抗风的计算，存在着不同的计算 方法和从过于简化到较能反映结构实际情 况计算的发展过程。
把风荷载作为确定性的荷载，并简 化后进行计算的方法，是“结构风压和 风振计算”这学科发展初期所用的方法。 E.Baush，在1933年曾对风荷载作过研 究，其研究是以荷载Bilt气象研究所的 规范所的假设为基础的。
ห้องสมุดไป่ตู้
如今，计算风对结构作用的计算有 三个不同的方面。对于顺风向平均风， 采用静力计算方法；对于顺风向的脉动 风或横向风，则应按随机理论计算；对 于横风向周期性的风力，或引起扭转振 动的外扭矩，通常作为确定性荷载对结 构进行动力计算。
桅杆结构风振系数计算方法研究
桅杆结构风振系数计算方法研究桅杆结构风振系数计算方法研究*邓洪洲张利庞金来（同济大学建筑工程系上海200092）摘要：研究桅杆风振系数的计算方法，给出了基于SRSS法（平方和开平方）和CQC法（完全组合）的桅杆风振系数表达式。
结合算例讨论SRSS法与CQC法的差异，并采用时域法对频域分析结果进行验证。
结果表明，可采用SRSS法且只考虑前五阶振型的贡献计算桅杆风振系数；可不考虑角度风、纤绳初应力、顶层与底层纤绳刚度比对风振系数的影响。
关键词：桅杆结构风振系数 SRSS法 CQC法引言桅杆结构是由细长杆身和斜向纤绳组成的高耸构筑物，广泛应用于通讯、广播电视等领域。
杆身长细比远大于普通高耸结构，风荷载为其控制荷载。
桅杆结构风致振动机理复杂，细柔纤绳与杆身的振动相互耦合，较强的非线性使其静力和动力特性远比塔架结构复杂，因此，桅杆结构的风振响应得到工程界的广泛关注［1］。
王肇民等［2］利用随机振动理论推导了纤绳和杆身的风振系数计算公式，并指出纤绳的作用会导致杆身振型在第一层出现负值。
蒋涛等［3］分析指出，对于频谱密集型的桅杆结构，高阶振型对风振系数计算的影响很有可能比一阶振型更为突出，杆身风振系数计算中应考虑多阶振型的影响。
国外规范主要采用阵风系数法计算桅杆结构的风振响应。
A.L.Materazzi等［4］通过定义“阵风系数函数”对阵风系数法进行了改进，并研究了振型数量对风振响应计算的影响。
我国2007版高耸结构设计规范［5］通过引入“风振系数”将静力风荷载进行等效放大，通过考虑结构前4阶振型影响、纤绳空间耦合振动以及纤绳和杆身的相互作用，给出了桅杆风振系数的简化计算公式。
由于我国2012版建筑结构荷载规范［6］在风荷载计算方面有较大修改，根据规范协调性原则，高耸结构设计规范也已进行修订。
作者结合高耸结构设计规范的修订工作，分析了07版高耸结构设计规范关于桅杆风振系数计算公式在考虑影响因素及简化方法等方面的不足，并给出风振系数简化表达式［7］。
风速与风荷载的换算公式
我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5•ro•v²(1)其中wp为风压[kN/m²]，ro为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro•g, 因此有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5•r•v²/g (2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 [kN/m³]。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s²], 我们得到wp=v²/1600 (3)此式为用风速估计风压的通用公式。
应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。
一般来说，r/g 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。
现在我们将风速代入(3), 10 级大风相当于24.5-28.4m/s, 取风速上限28.4m/s, 得到风压wp=0.5 [kN/m瞉, 相当于每平方米广告牌承受约51千克力。
风力是指风吹到物体上所表现出的力量的大小。
一般根据风吹到地面或水面的物体上所产生的各种现象，把风力的大小分为13个等级，最小是0级，最大为12级。
其口诀：0级静风，风平浪静，烟往上冲。
1级软风，烟示方向，斜指天空。
2级轻风，人有感觉，树叶微动。
3级微风，树叶摇动，旗展风中。
4级和风，灰尘四起，纸片风送。
5级清风，塘水起波，小树摇动。
6级强风，举伞困难，电线嗡嗡。
7级疾风，迎风难行，大树鞠躬。
8级大风，折断树枝，江湖浪猛。
9级烈风，屋顶受损，吹毁烟囱。
此外，根据需要还可以将风力换算成所对应的风速，也就是单位时间内空气流动的距离，用米/秒表示，其换算口诀供参考：二是二来一是一，三级三上加个一。
风荷载标准值
风荷载标准值关于风荷载计算风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载,内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。
脉动风和稳定风风荷载在建筑物表面是不均匀的,它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点,静力作用成为稳定风,动力部分就是我们经常接触的脉动风。
脉动风的作用就是引起高层建筑的振动(简称风振)。
以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风.平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力.阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。
注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载,所以分析脉动风对结构的动力作用,不能采用一般确定性的结构动力分析方法,而应以随机振动理论和概率统计法为依据。
从风振的性质看顺风向和横风向风力顺风向风力分为平均风和阵风。
平均风相当于静力，不引起振动。
阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。
也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。
横风向，既有周期性振动又有随机振动。
换句话说就是既有周期性风力又有脉动风.反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。
有的计算方法根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法（2）对于顺风向的脉动风,或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载,对结构进行动力计算风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。
由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。
《荷载与结构计算方法》第三讲
其值分别为（迎风面的风压力）
q1和q2（背风面的风吸
力），风压高度变化系数μ z按柱顶标高取值，其中： 作用于柱顶以上的风荷载，通过屋架以集中力Fw形式施 加于排架柱顶，（其值为屋架高度范围内的外墙迎风面、
q wk B
背风面的风荷载及坡屋面上风荷载的水平分力的总和）。
排架风荷载计算
FW
基本公式 w k s z w0 , q wk B (1)风 压 高 度 变 化 系 数 柱高： h1 10.5 0.3 10.8m , z 1 1
第四节 顺风向结构风荷载效应计算
一、结构的风力和风效应 PL 截面 风速 B PM PD
流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力 顺风向力→PD 、 横风向力→ PL 、扭力矩→ PM 结构的风效应
~ 由风力产生的结构位移、速度、加速度响应、扭转响应
二、风荷载计算基本公式： 1、平均风下结构的静力风载
dldd考虑顺风向动力作用效应脉动效应与横风向动力作用效应风振效应的最大值不一定在同一时刻发生采用平方和开方近似估算总的风动力效应结构总风效应结构顺风向静力效应结构顺风向脉动效应结构横风向风振效应101500101500101500风压高度变化系数基本公式101500101500101500风压高度变化系数基本公式二结构横向风力和风效应1结构横向风力跨临界范围亚临界范围的结构横风向作用具有周期性结构横向风作用力p62468st斯脱罗哈数对圆形截面结构取02dldd考虑顺风向动力作用效应脉动效应与横风向动力作用效应风振效应的最大值不一定在同一时刻发生采用平方和开方近似估算总的风动力效应结构总风效应结构顺风向静力效应结构顺风向脉动效应结构横风向风振效应
风压高度变化系数z (z)=任意高度处的风压wa(z)/基本风压w0
风力及缆绳计算
风力及缆绳计算一、风力计算<1>船舶操纵中风动力估算公式:F a=1/2ρa C a v a2(A a cos2θ+B a sin2θ)式中:F a:水线以上船体所受风动压力,Nρa:空气密度,1.226kg/m3C a:风动力系数v a:相对风速,m/sθ:风舷角,即相对风舷角,0A a:水线上船体下面积,m2B a:水线上船体侧面积, m2<2>建筑:W K= βZ×U S×U Z×W O其中: W K:风荷载标准值KW/M2βZ:Z高度处风振系数U S:风荷载体型系数U Z:风压高度变化系数W O:基本风压值<3>空气密度标准状态下:15O C,气压1013hpa(标准大气压),相对温度65%时,空气密度为1.225kg/m3基准状态:0 O C,气压1013 hpa状态下干空风的密度为ρ0=1.293 kg/m3 空气密度计算公式:干空气: ρ=ρ0273/(273+t) ×ρ/0.1013Ρ:在温度t和压力p状态下干空气的密度kg/m3ρ0: 0 O C,压力为0.1013mpa状态下干空气的密度, ρ0=1.293 kg/m3 P:绝对压力(mpa) (273+t):热力学温度(k)含水蒸汽的湿空气ρ=ρ0273/(273+t) ×(ρ-0.03778φ×P b)/0.1013其中:P:湿空气的全压力(mpa)P b:温度t时饱和空气中水蒸汽的分压力(mpa)Φ:空气的相对湿度(%)3.1:大连冬季板端天气:t=-180 P:1026hpa 以干空气计P=P0（273/(273-18) ）×(0.1026/0.1013)= P0×1.0843=1.4020kg/m33.2 台风来时空气密度A:设气温25 O C,气压970,湿度100%P’= P0273/(273+t) ×(P-0.0378ΦP b)/0.1013查表可得: P b=31.6×102(P a)P’= P0×0.9161×｛0.097-0.0378×100%×(31.6×102/百万)/0.1013｝= P0×0.876=1.1328 kg/m3由此可以看出冬季空气密度明显大于夏季的空气密度，以上两种情况空气密度相差1.2376倍，对风力计算有明显的影响，这也是我们觉得冬季风“硬”的原因。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
刁（ｐａｔ）＝￣／２△（ｔＪＲｅ｛Ｇ（ｐａｔ）ｅｘｐ（ｉ（ｐｎ／Ｍ））） Ｐ＝０，１，２，…，Ｍ一１
（９）
量纲一的量山’＝黑有关
Ｌ［－耳，丌］之间的随机数
ＧＪ（ｐａｔ）＝∑Ｂ，（ｚ△叫）ｅｘｐ（ｉ／讼ｗ。ｐａｔ）一
如，：』一。：‰¨三ｊ巍。。
ｍ。＞０．１２５ （５）
善Ｎ－－１蹦／‰）ｅｘｐ（警）
式中：
用以下表达形式
载模拟谐波叠加法的基本理论；王吉民［５］，Ｊ．Ｓ． Ｏｗｅｎｒ６１等采用线性滤波器法模拟了膜式结构表 面上的风荷载；曹映泓口ｊ、胡亮［８３在桥梁的风场模 拟中引入快速傅里叶变换以改进谐波叠加法的运 算效率．谐波叠加法虽然是一种有效模拟随机风 荷载的方法，但它计算效率低，模拟多维风速时程 将耗费大量机时．本文在风自功率谱、互功率谱及 模拟公式中采用统一的自变量——圆频率，并利 用引入ＦＦＴ改进的谐波叠加法模拟桅杆结构的
１５（１）：４４－５２．
王吉民，李琳．脉动风的计算机模拟［Ｊ］．浙江科技
学院学报，２００５，１７（１）：３４－３７．
对土木工程中桅杆类高耸结构进行风致动力 响应分析，特别是疲劳分析时，需要事先对多个风 向、不同等级参考风速工况进行多维风速时程模 拟，模拟工作量十分巨大，谐波叠加法较低的运行 效率不能满足大量风速时程模拟的要求，严重影 响结构的后续计算分析．而引入ＦＦＴ算法改进的 谐波叠加法，不仅模拟精度高，而且运行速度快， 可以大幅减少多维风速时程模拟的总运算时间， 极大地提高了计算效率，为后续结构动力计算提 供方便．
ｎｏｚｕｋａ，Ｃ．Ｍ．ＪａｎＬ ３｜，王之宏［４１详细介绍了风荷
时间改变的量；而脉动风则具有明显的随机性，一 般可用零均值平稳Ｇａｕｓｓ随机过程来描述．作用 于结构上任意处的风速为平均风速和脉动风速之
和，风的模拟主要是针对脉动风而言的． １．１平均风速剖面
平均风沿高度的变化规律，常称为风速梯度 或风速剖面．平均风速随高度的变化的规律常采
Ｚ
《 杂 崖
ｔ／ｓ
－∥Ｈｚ ｂ）清波叠加法
图３上层纤绳与杆身连接处（高度１１５ ｍ）的风荷载时程
图５高度１２５ ｍ处的脉动风自功率谱比较
万方数据
・１０６０・
武汉理工大学学报（交通科学与工程版）
ｍ
２０１０年第３４卷
为了检验模拟精度，本文将桅杆高度为５５
［２３
Ｄｅｏｄａｔｉｓ Ｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｇｏｄｉｃ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ
＿２
与风压间的关系将所得到的风速时程转化为动力 计算分析所需的风荷载时程．
ｓＶ（∞）＝４ｌｖ（１０）丽扔‘２）
ｚ＝６００ｃｃ，／（７ｃ云（１０））
（３）
１
风的的基本特性
自然风包含平均风和脉动风２种成份．平均
式中：ｋ为反映地面粗糙度的系数；ｃｔ，为圆频率． １．３脉动风互功率谱和空间相关性 实际观测表明，作用在结构上不同高度处的 风速不是完全相关的，有时甚至是无关的．造成这
瞿伟廉２’
李
明３’
武汉４３００７０）
（武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室”
淄博２５５０３７）
（淄博市规划设计研究院３’
摘要：介绍了风的基本特性、风速模拟的谐波叠加法原理，引入快速傅里叶ＦＦＴ改进的谐波叠加 法．采用改进后的谐波叠加法模拟桅杆结构沿杆身高度不同位置处的多维风速时程，根据风速、风 压间的关系将其转化为结构分析所需的风荷载时程．并与相同条件下谐波叠加法模拟风速时程的 过程进行了对比，结果表明两种方法的模拟功率谱与目标功率谱均比较吻合，但改进后的谐波叠
［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００１，２３（５）：５２１—５３６．
［７］曹映泓，项海帆，周
颖．大跨度桥梁随机风场的模
拟ＥＪ３．土木工程学报，１９９８，３１（３）：７２—７８． ［８３胡亮，李
黎，樊
建．基于特征正交分解的桥梁
风场模拟ＥＪ］．武汉理工大学学报：交通科学与工程
版，２００８，３２（１）：１６—１９．
ｓｔｏ—
和１２５ ｍ处的模拟风速时程曲线的自功率谱与
ｃｈａｓｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎ— ｉｃｓ，１９９６，（８）：７７８—７８７．
Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ谱进行了比较（见图４、图５）．由图可 以看出两种模拟方法的自功率谱均与Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ 谱符合较好，表明模拟的脉动风特性与自然风基 本特性相近．
［６３
Ｏｗｅｎ
Ｊ Ｓ，Ｅｃｃｌｅｓ Ｂ Ｊ，Ｃｈｏｏ Ｂ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ—
ｓｅｒｉｅｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏ－ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｔｉｍｅ
ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
（４）
度较高，但计算效率低，模拟多维风速时程需耗费 大量机时．利用ＦＦＴ算法（快速傅里叶变换）改进 谐波叠加法，模拟效率显著提高，改进公式如下．
取Ｍ－－＿＿２兀／△ｃ以ｚ，引入ＦＦＴ算法，式（７）可写
成以下形式
式中：ｃｏｈ（ｗ）为相干函数；９（ｃｃ，）为互谱的相位角， 在风荷载模拟中，可按以下公式选取．舻（∞）值与
１ ２００ Ｓ，时间间隔取０．１
ｓ．
将模拟所得到的风速时程离散点数据、结构 迎风面积及其他相关的已知条件代入式（１８）即可 得到相应桅杆杆身相应高度处的脉动风荷载．图 ２和图３分别为下层纤绳与杆身连接处（高度５５
４ Ｚ ２
ｆ｜Ｈｚ
ａ）改进的ＦＰｒ法
杂（）
噻一２
—４ ｔ／ｓ
图２下层纤绳与杆身连接处（高度５５ ｍ）的风荷载时程
ａ）改进的ＦＦｒ法 ∞＾
乩冉
ｌ｜Ｈ１
ｂ）谐波叠加法 图１
１５０
ｍ高桅杆
图４高度５５ ＩＴＩ处的脉动风自功率谱比较图
本文采用引入ＦＦＴ算法改进的谐波叠加法
在配置为Ｃｅｌｅｒｏｎ（Ｒ）ＣＰＵ２．４０ ＧＨｚ，２５６ ＭＢ内
存的电脑上进行了风速时程模拟．模拟沿桅杆杆 身高度分布的１５条风速时程曲线，持续时间为
［９３瞿伟廉．高层建筑和高耸结构的风振控制设计［Ｍ］． 武汉：武汉测绘科技大学出版社，１９９１． ［１０３韩大建，邹小江．大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随 机风场模拟口］．工程力学，２００３，２０（６）：１９－２２．
平均风压：
（１３）
ｗ。一妻妒；
脉动风压：
（１４）
乃＝∑∑Ｉ巩（帆）Ｉ ｘ
Ｉ暑１ ｆ罩ｌ
硼ｆ一妒ｉｖｉ＋百１∥２ｉ
（７）
（１５）
￣／２△∞ｃｏｓ（ｗ＾ｔ＋钆（缺）＋丸）
式中：ｙ为空气质量密度．平均风压面ｉ反映了风 对结构的静力作用，脉动风压Ｗｉ反映了风对结构 的动力作用．一般平均风速远大于脉动风速，在忽 略了脉动风速的平方项后，脉动风压Ｗｉ近似为
（８）
而作用在结构上的脉动风荷载和脉动风压的关系
可以表示为
Ｆ＝Ａｉｌ２，ｗｉ （１７）
／／汀（∞）是下三角矩阵Ｈ（ｃｃ，）的转置共轭矩阵．复数 功率谱矩阵的Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解可以参考文献［１０］， ＆（姚）一ａｒｃｔａｎ［Ｉｒｎ（Ｈ砖（灿）／Ｒｅ（Ｈ庙（坝））］，为２ 个不同作用点之间的相位角． 谐波叠加法模拟脉动风速时程理论完备，精
多维风速时程，根据由Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ定理导出的风速
云（２）＝云（１０）（孟）。
与地面粗糙度有关的指数．
１．２脉动风自功率谱
（１）
式中：孑（１０）为参考高度１０ ｎｌ处的平均风速；ａ为
目前关于脉动风速谱的研究较多，常用的风速 谱主要有不随高度变化的Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ谱、与高度有 关的Ｋａｉｍａｌ谱、Ｓｉｍｉｕ谱等．我国国家规范采用不 随高度变化的Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ谱．其表达式为凹］
ｋ＝１
ｌ一０，１，２，…，Ｎ一１
（１１）
２．２脉动风荷载计算 当不考虑结构与风的耦合作用及漩涡影响 时，根据Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ定理，自由流动的风速提供的 单位面积上的风压力为…］
ｗ＝妄弦２
∞，ｌ（叫）＝ｅｘｐ（一互Ｇ７【口ｗ‘△ｌｕｚ））
（６）
（１２）
结构任一高度处的瞬时风速Ｖｉ为平均风速 矿ｉ与脉动风速口；之和：Ｖ；＝彰＋奶 则作用在结构上的风压ｗ
式中，Ａｉ是结构挡风面积；口，为风荷载体型系数． 将式（１）、（１６）代入式（１７）得脉动风荷载与脉动风
速的关系为
Ｆ—Ａ彬（蠢）。云・。Ｖｉ
（１８）
万方数据
第５期
鲁丽君。等：桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算
３
算
例
ｍ）、上层纤绳与杆身连接处（高度为１１５ ｍ）的风 荷载时程曲线． 在同样的配置的电脑上、相同的模拟参数条 件下采用谐波叠加法对桅杆结构进行了１５维风 速时程曲线模拟，共耗时７ 法计算效率显著提高．
风是在给定的时间间隔内风力大小及方向等不随
收稿日期：２０１０—０６—２１
鲁丽君（１９７７一）：女，博士。讲师，主要研究领域为工程结构疲劳与断裂 ’国家自然科学基金项目资助（批准号：５０６７８１４２）
万方数据
武汉理工大学学报（交通科学与工程版）
２０１０年第３４卷
一现象的原因在于：类似圆球形状的阵风首先作 用于结构的较高处，在经历了一个时间差后，才作 用于结构的较低处．因此可推知风的互相关函数 是不对称的．故互谱密度函数一般为复数形式． Ｓｆ，（ｃ￡，）＝￣／Ｓｆ（叫）Ｓ，（ｃ￡．）ｃｏｈ（甜）ｅｉ样曲
ＦＦＴ算法仅耗时５３ ｍｉｎ．由此可见改进的ＦＦＴ
用镀锌钢丝绳，上层直径ｄ。＝１８．５ ｍｍ，截面积 Ａ２＝２．６８８×１０叫ｍ２；下层直径ｄ】＝１４．５
ｍｍ，
截面积Ａ１＝１．６５×１０叫ｍ２；纤绳弹性模量Ｅｋ＝
１２０ ＧＰａ２；纤绳初应力均为２５０