大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟

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1、第20卷第6期工程力学Vol.20No.62003年12月ENGINEERINGMECHANICSDec.2003文章编号：1000-4750(2003)06-0018-05大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟韩大建，邹小江，苏成(华南理工大学建筑工程系，广东广州510640)摘要：将谐波合成法与修正的谱描述法结合用于大跨度桥梁主梁及桥塔上的随机风场模拟。论述了利用谐波合成法对桥梁上顺风向风场的模拟过程，其中考虑了风谱沿高度的变化、由不对称互相关函数引起的重谱以及与频率有关的相位关系，对涉及的复数形

2、式的目标谱密度阵给出了实用的分解方法。文中对用上述理论模拟出的风场样本进行了风谱的相关性检验，计算结果与目标值吻合良好，证明了所用模拟方法的可靠性。最后，使用该方法模拟生成了一座大跨度斜拉桥上随机风场的样本。关键词：大跨度桥梁；桥塔风效应；谐波合成法；脉动风中图分类号：U448.27文献标识码：ASIMULATIONOFSTOCHASTICWINDFIELDOFLONG-SPANBRIDGESCONSIDERINGWINDEFFECTSOFTHEBRIDGETOWERSHANDa-jian,ZOUXi

3、ao-jiang,SUCheng(DepartmentofCivilEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Acombinationofthewavesuperpositionmethodandthemodifiedspectralrepresentationmethodisappliedtoawindfieldsimulationforwholebridgeincludingthedeck

4、andthetowers.Inwavesuperpositionmethod,thevariationoftheauto-spectrumwithrespecttotheelevationandthequadraturespectrumcausedbyasymmetriccross-correlationfunctionaswellasthefrequencydependentphaselagarealltakenintoaccount.Apracticaldecompositionmethodisp

5、resentedforthecasewhichinvolvescomplextargetcross-spectraldensitymatrix.Inaspectrumcomparison,itisfoundthatthecorrelationfunctionsofthesimulatedwindfieldgeneratedbytheabovemethodsagreewellwiththetargetcorrelationfunctions.Thisindicatesthatthemethodprese

6、ntedinthispaperisreliable.Someofthestochasticwindfieldsamplesofalong-spancable-stayedbridgearegiven.Keywords:long-spanbridges;windeffectsoftowers;spectralrepresentation;turbulentwind1前言时程，即必须首先模拟出桥梁上的随机风场样本。数学上模拟随机过程的一类方法是基于三角级数众所周知，大跨度桥梁上的风荷载效应是不可[1][2

7、]叠加的谐波合成法及修正的谱描述法。前者可忽视的，风响应分析已成为大跨度桥梁结构分析中以模拟目标谱密度函数为复数形式的随机过程，适不可缺少的一部分。要在时域内对大跨度桥梁进行用范围较广；而后者只能模拟目标谱密度函数为实风致振动分析，首先需要知道作用于结构上的风速————————————————收稿日期：2002-05-22；修改日期：2002-07-23基金项目：广东省自然科学基金资助项目(980634)作者简介：韩大建(1940)，女，广西北海人，教授，博士，从事结构工程研究；(E-mail:djh

8、an@scut.edu.cn)邹小江(1973)，男，河南南阳人，硕士，从事结构工程研究；苏成(1968)，男，广东人，教授，博士，从事结构工程及计算力学研究大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟19数形式的随机过程，但其在模拟同一高度上风场样-1Im[Hjm(w)]qjm(w)=tan{}(4)本时具有前者不可比的高效快捷性。Re[Hjm(w)]在以往大跨度桥梁的风振响应分析中，都认为Im和Re分别表示取虚部和实部。风速时程只作用于桥面，而其它构件上仅