[发明专利]风谱模型的精细模拟方法

摘要

风谱模型的精细模拟方法是为了解决拟合风谱与实测风谱模型之间存在较大误差的问题，以更加精确地模拟出工程结构抗风分析中所采用的风谱模型。首先通过对大量的风特性实测数据进行功率谱分析来获得实测风谱模型；其次在频域内找出实测风谱模型的拐点及其位置，并根据拐点对风谱模型在频域内进行分段；最后对每段风谱模型分别进行拟合。很显然，分段拟合所得风谱模型与实测谱更加吻合，据此所得结构物所受风荷载也必将更加符合实际情况，因此能够更精确可靠地应用于工程结构的抗风设计。

主权项

1. 一种风谱模型的精细模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第一步：进行大量强/台风现场实测；实测方法有两种，一种是在台风来临期间，估计台风到达时间，将风速仪置于大跨度桥梁的跨中或塔顶，调整采集频率进行风速和风向数据的采集；另一种是通过安装在结构健康监测系统——SHMS中的风速仪进行风速和风向数据的采集，传输系统将采集系统采集的数据传送到监测中心；第二步：对实测风速和风向数据进行功率谱分析，获得实测风谱模型；对采集到的风速数据样本进行分析处理，选择一段风速较大且平稳的子样本，基于matlab大型数据处理软件，采用PSD功率谱密度估计方法，编写功率谱密度计算程序进行计算，获得实测风速数据的功率谱密度，以x轴为频率，y轴为功率谱密度，绘制曲线，即为实测风速数据的风谱模型；第三步：计算实测风谱模型的拐点数目，并根据拐点数目对风谱模型进行分段；精细模拟技术，按先直观后精确计算的方法确定拐点位置，对实测风谱模型进行分段，若风谱模型存在k个拐点，则将其分成k+1段；第四步：对每一段风谱模型，采用非线性最小二乘法，分别进行拟合模拟；对每一小段风谱模型，仍采用类似规范规定的顺风向功率谱表达式进行拟合，即：式1fz＝nz/U(z) 式2式中，Su为功率谱密度，u*为气流摩阻速度，fz为莫宁坐标，U(z)为平均风速，z为风速仪离地面高度，n为风的脉动频率，c取5/3，a、b和m为拟和参数；拟合过程中采用常用的非线性最小二乘法，每一段拟合所得参数a、b和m各不相同，最后获得基于实测风特性和分段拟和技术的精细风谱模型。