大跨结构、高耸结构随机风荷载数值模拟

资 源 简 介

大跨结构、高耸结构随机风荷载数值模拟

详 情 说 明

在风工程领域，大跨结构和高耸结构由于几何特征显著，极易受到风荷载的影响，因此准确模拟随机风荷载对结构安全评估至关重要。传统的风荷载分析方法往往基于确定性模型，而现代工程更倾向于采用数值模拟技术来捕捉风场的随机特性。以下是该技术的核心要点：

理论基础 随机风荷载模拟基于大气边界层湍流理论，采用脉动风速谱(如Kaimal谱或Von Karman谱)描述风能的频域分布特性。通过功率谱密度函数与相干函数的组合，可建立空间多点风场相关性模型。

数值实现路径 主流方法包括谐波叠加法和线性滤波法(AR/MA模型)。前者通过傅里叶逆变换将频域能量分布转为时程信号，后者采用自回归模型高效生成符合目标谱的随机序列。现代混合算法可兼顾计算效率与精度要求。

工程应用价值 相比风洞试验，数值模拟可快速获得不同风向角下的荷载工况，支持参数化研究和敏感度分析。对于大跨屋盖结构能有效模拟涡激振动现象，对高耸塔桅结构则可准确反映顺风向与横风向耦合效应。

关键技术挑战 需特别注意长周期分量模拟的准确性、三维风场相干性处理，以及非高斯特性修正等问题。当前前沿研究正探索基于机器学习的风场重建技术，以进一步提升模拟的物理真实性。