Page 203 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 郝键铭，等： 广东沿海地区桥址风场特性实测研究 1843

图 11 横风向紊流强度与阵风因子的相关性
Fig. 11 Correlation between turbulence intensity across wind
图 12 顺风向紊流强度与阵风因子关系
direction and gust factor
Fig. 12 Relationship between downwind turbulence intensity
and gust factor
式中， T 为平均时距，即 10 min； t 为阵风风速时距，
取为 3 s；c和d 为常数。 的风特性指标。
表 1 为不同文献推荐的经验常数与本文通过对 积分尺度分析方法的选择对结果的稳定性非常
实测数据拟合得到的经验常数，图 12 给出了基于实 重要，比较有效的方法包括利用 Taylor 假设自相关
测数据的顺风向紊流强度与阵风因子的关系，对比 函数积分法和稳态随机信号自拟合的方法等，本文
经验公式曲线，可以看出 CAO 等 ［16］ 和 CHOI 等 ［18］ 给 拟采用 Taylor 假设自相关函数积分法，设脉动风的
出的经验公式曲线能很好地反映实测紊流强度与阵 自相关函数为 R ( τ )，则：
U ∞
x
风因子之间的变化趋势。基于式（4）通过 Levenberg‑ L i = 2∫ R ( τ ) dτ （5）
Marquardt 算法对实测数据进行拟合，得到桥址区经 σ i 0
式中，R ( τ ) 为 自 相 关 函 数 ，定 义 为 R ( τ )=
验常数 c、d 的最佳拟合值分别为 0.5、1.12。由图 12
E [ u( t ) u( t + τ ) ]。
可知，文献［16］给出的经验公式更能反映沿海地区
由测得的风速风向值，取 10 min 为基本时距，
紊流强度与阵风因子的关系。
采用自相关函数积分法计算了桥址区长期的紊流积
表 1 经验常数汇总表 分尺度，其中积分上限取至相关系数减少到 0.05 时
Tab. 1 Summary of empirical constants 的 τ 值。经计算得到了桥址区基于长期监测数据的

方法 c d 顺风向、横风向和竖向紊流积分尺度的概率分布图，
文献[16] 0.5 1.15 如图 13 所示。紊流积分尺度和紊流强度虽然是两
文献[17] 0.5 1 种不同的表征风特性的参数，但两者之间却有着一
文献[18] 0.62 1.27
定的联系。
拟合曲线 0.5 1.12
从图 13 中可以看出，顺风向、横风向紊流积分
尺度主要集中在 0~1000 m 之内，紊流积分尺度平
2. 3 紊流积分尺度
均值分别为 435、456 m；竖向紊流积分尺度主要集
紊流积分尺度是气流中紊流涡旋平均尺寸大小 中在 0~500 m 之内，紊流积分尺度平均值为 239 m；
的度量，而积分尺度的大小决定了脉动风对结构的 各分量的比值大致为 1∶1.05∶0.55。顺风向紊流积
影响范围。由于结构风荷载对紊流尺度特性的敏感 分尺度远大于规范推荐的 120 m，桥址区的紊流积
性，紊流积分尺度通常是一项重要的但容易被忽略 分尺度分布范围较广、离散性较强，最大大约 5000 m。

图 13 紊流积分尺度分布图
Fig. 13 Integrated scale distribution of turbulent flow