[00138409]复杂地形下台风近地风场特性及其对大型柔性结构风振的影响

本项目是国家自然科学基金重大研究计划《重大工程的动力灾变》之培育项目,项目研究时间为2010年1月-2012年12月,研究经费50万元。 目前我国建筑与桥梁的相关抗风设计规范均基于良态气候,没有考虑到东南沿海地区台风特性,本项目将针对这个问题,研究复杂地形下台风近地风场特性,揭示台风路径及台湾岛地形对台风风场的可能影响;在此基础上研究台风风场模式对大型柔性结构气动稳定性以及抖振等效风荷载的影响;通过良态与台风两种气候模式引发的结构风效应的对比,建立考虑台风特性的大型柔性结构气动稳定评价方法以及抖振等效风荷载的计算方法,弥补现行相关规范的不足,为我国台风多发的东南沿海地区大型柔性结构的抗风设计提供依据与参考。 项目取得的主要成果及创新点有： （1）发现在台风不同路径、不同环流结构影响下福建沿海不同区域出现大风的分布特征,及台湾中央山脉对福建沿海风场再分布的重要作用;发现台风风速瞬间增幅和风向瞬间变幅的阵性特征,计算东南沿海70m高度50年一遇最大风速、年平均风速及两者的比值,为结构风工程设计提供基本参数; （2）发现台风登陆前后不同复杂地形条件下,阵风系数、垂直风切变、风攻角、湍流强度、湍流积分尺度、湍流谱等风场特性的变化特征,这些分析结果,有助于结构风工程抗疲劳载荷等的设计; （3）揭示悬索桥主缆系统的刚度退化及扭转发散的机制,指出大跨度悬索桥静风扭转发散最重要的原因是加劲梁—主缆系统的大幅扭转刚度退化,发现台风作用下悬索桥的竖向响应（包括静风与随机抖振响应）对静风扭转稳定性至关重要。建立桥梁颤抖振时域分析方法,对阶跃函数与有理函数在桥梁时域风致颤振分析中存在的问题进行理论与数值分析; （4） 发现非定常气动力的不可线性叠加性是钝体桥梁断面的固有属性,揭示现有气动导纳理论模型的逻辑缺陷,并提出试验识别气动导纳应用于实际工程随机风振分析时的建议。 项目共发表论文24篇,其中SCI收录3篇;参加国际会议交流论文6篇;培养硕士研究生3名。