Page 202 - 《振动工程学报》2025年第8期

1842 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

偏大一些。
由图 8 和 9 可知根据相关系数的划分，顺风向紊
流强度 I u 和横风向紊流强度 I v、竖向紊流强度 I w 具
有强相关性。I v、 I w 和 I u 具有显著的正相关性，相比
而言 I w 与 I u 的相关性更加显著。随着 I u 的增大， I v
的离散程度有增强趋势，而 I w 的离散程度呈现先增
强后减弱的趋势。对于图中的一些离散点呈现出随
着 I u 增大而 I v 减小的现象，这些是由于在 2021 年 9
月 9 日―11 日期间有台风过境，因此观测数据受到
影响较为离散。
2. 2. 2 阵风因子
风的脉动强度也可用阵风因子表示，阵风因子
通常定义为阵风持续期 t g 内平均风速的最大值与
图 7 紊流强度直方图
10 min 时距平均最大风速之比：
Fig. 7 Histogram of turbulence intensity
max [ u ˉ( t g ) ]
G u ( t g )= 1 + （2）
U
max [ v ˉ ( t g ) ]
G v ( t g )= （3）
U
式 中 ， t g 为 阵 风 持 续 期 ； G u ( t g )、 G v ( t g ) 分 别 为 顺 风
向、横风向的阵风因子； u ˉ( t g )、 v ˉ ( t g )分别为阵风持续
期 t g 内顺风向、横风向平均风速的最大值。结构风
工 程 中 定 义 阵 风 持 续 期 为 1~3 s，本 文 t g 取 为 3 s。
一 般 来 说 ， t g 越 大 ，对 应 的 阵 风 因 子 越 小 ，当 t g=
10 min 时， G u=1。
图 8 顺风向、横风向紊流强度相关性
在观测期间强风样本下顺风向紊流强度 I u、横
Fig. 8 Correlation between downwind and crosswind
turbulence intensity 风向紊流强度 I v 和顺风、横风向阵风因子 G u、 G v 的
相关性如图 10 和 11 所示。由图 10 可知，根据相关
系数的划分 I u 和 G u、 G v 属于强相关，且 I u 与 G u 的相
关性更强；由图 11 可知， I v 和 G u、 G v 属于强相关，且
I v 与 G v 的相关性更强。这可能是由于顺风向与水
域纵向方向相近，其地面粗糙度较小，对脉动分量 u ˉ
影响较小，而横风向受到桥梁结构和桥面建筑的影
响，地面粗糙度增大导致其脉动分量 v ˉ 减小。从而
导致相同紊流强度下 G u 的离散性更大一些。顺风
向紊流强度和阵风因子的经验公式为：
图 9 顺风向、竖向紊流强度相关性 d
G u = 1 + cI u ln (T/t ) （4）
Fig. 9 Correlation between downwind and vertical
turbulence intensity

由图 7 可知，顺风向 I u 主要分布在 0.06~0.14 之
间，均值为 0.104；横风向 I v 主要分布在 0.04~0.14 之

间 ，均 值 为 0.089；竖 向 I w 主 要 分 布 在 0.02~1.2 之
间，均值为 0.062；总体来看强风样本下，各分量紊流
强度离散性较强，其均值比值为 I u ∶I v ∶I w=1∶0.86∶
0.60，与《公 路 桥 梁 抗 风 设 计 规 范》（JTG/T 3360‑
图 10 顺风向紊流强度与阵风因子的相关性
01―2018） 推荐的 I u ∶I v ∶I w=1∶0.88∶0.50 相比，实
［15］
Fig. 10 Correlation between downwind turbulence intensity
际风场的横风向紊流强度偏小一些，竖向紊流强度 and gust factor