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原文传递台风“布拉万”登陆过程中的风场特性分析

论文题名：	台风“布拉万”登陆过程中的风场特性分析
关键词：	桥梁荷载;台风作用;湍流特性;非平稳特征
摘要：	我国沿海是遭受台风影响特别严重的区域，且大跨径结构物受台风天气的影响尤为突出，结构设计和施工都把风荷载当作重要荷载因素，台风天气条件下的风场特性研究已经受到越来越多科研部门的重视。台风信号是典型的非线性非平稳过程，现有的时频分析方法难以对风场非平稳特性进行定量分析，大部分研究都是基于定性评价，无法满足工程和研究领域的要求。大跨度桥梁桥位处风场特性研究在桥梁风工程领域中占有重要地位，目前，大部分桥梁桥位处风场特性研究都是基于一个固定桥位处，而大跨度桥梁不同桥位处台风风场特性的比较研究甚少。现行规范中也缺少对台风作用下的相关荷载规定，台风作用下的风场特性和结构风致响应的研究矛盾日益增大。　　针对上述问题，本文基于西堠门大桥上观测的台风“布拉万”登陆过程中的风特性数据，对其进行风特性参数研究和台风信号非平稳特征定量分析。主要研究内容为: 　　1.台风特性观测。分析台风“布拉万”观测过程，实时观测记录台风过程中的基本风要素的变化过程，对记录的风特性数据进行统计与处理，且介绍了台风登陆路径、风特性观测的仪器以及观测位置。　　2.台风登陆过程湍流特性分析。分析了台风过程中平均风速风向风攻角、风剖面及相关系数、紊流度、阵风因子、紊流积分尺度及脉动风速功率谱等特性，得出台风“布拉万”水平向平均风速呈单峰分布历程，10分钟平均时距风向从179°减小到59°，变化值为120°;阵风因子随紊流度的增大而增大，三向紊流度和阵风因子都随平均风速的增大而减小，紊流度三个分量均值之间的比值为Iu∶Iv∶Iw=1∶0.83∶0.382，台风过境前后期实测谱与Von Karman谱拟合效果较台风过境中期好。　　3.大跨径桥梁不同桥位及不同时距的脉动特性对比分析。基于西堠门大桥上七个观测站的实测数据进行台风风场脉动特性对比研究，并进行近地面和超高空台风风场特性以及台风登陆不同过程湍流特性的比较研究。得出不同桥位及不同时距台风风场脉动特性存在差异，超高空桥塔测点平均风速和风向角明显高于近地面主梁处测点，各测点平均风速值大小存在差异，平均时距取1min和10s的风特性参数更能反映台风风场的脉动特性，近地面台风风场的顺风向与横风向阵风因子比值要高于超高空台风风场，不同桥位台风风场的风谱特性存在差异性，且近地面和超高空脉动风速谱特性同样存在差异性。　　4.台风信号非平稳特性递归定量分析。为解决传统时频分析方法无法定量表征风信号的非平稳特征问题，提出采用新的非平稳信号处理方法——递归图及递归定量分析理论，对台风风场的非平稳特性进行可视化和定量化研究。主要内容为:首先利用递归定量分析理论对UA01观测站实测的台风信号进行递归定量分析，然后采用相空间重构技术和递归图理论对台风典型时间序列进行非平稳特性的定性分析，最终基于定量和定性分析结果，给出区分台风信号平稳和非平稳的6项定量指标界限，之后采用UA03观测站的实测台风信号验证了本文划定的台风信号平稳和非平稳的6项定量指标界限的准确性。　　5.是基于HHT理论的台风信号非平稳特征分析。利用HHT理论对UA03观测站的实测台风信号进行非平稳特征分析，得出全程台风信号的每一小时的数据样本都表现出非平稳，且和递归图理论用于台风风场非平稳特性分析进行比较研究。得出其两个不同理论用于UA03观测点实测台风信号的非平稳特性分析的结论相吻合。
作者：	张宇
专业：	建筑与土木工程
导师：	王小松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文