地球表面的日照温差,产生大气压差及气压梯度,导致空气流动,形成风。自然风的速度和方向受大气压差、地球自转引起的偏转力、伴随曲线运动的向心力以及地表面的摩擦力(山体、建筑、树等)支配。在离开地表面500~1000m以上的大气层中,几乎不受地表面摩擦力的影响,故将那里的空气运动近似作为理想流来处理,称该层为自由大气层,而从自由大气层到地表面的空气层称为大气边界层。大气边界层中的风随着向地表面靠近,由于吹过凹凸不平的地表面时产生的表面摩擦力作用而被扰乱,形成随时间和空间变化的紊流。由于风速是随时间变化的,因此,常取用某一时间段(如10min)内风速的平均值作为衡量风速的大小。此外,风速还与地表的粗糙度和离地高度有很大关系,一般越靠近地表面风速越低。
为研究方便,常把一定时间长度内的风速分为两部分,即不随时间变化的平均风速和随时间变化的脉动风速。在桥梁抗风设计中,一般首先要确定桥梁所在地区的一个风速基准,即所谓的设计基本风速U10。它通常以当地平坦空旷地面、离地10m高、100年重现期的10min平均年最大风速为标准。当桥址地区具有足够的风速观测记录时,可采用极值Ⅰ型的统计分析方法求得;当缺乏足够风速观测记录时,则可根据相关桥梁设计规范中的全国基本风压分布图取值。在得到基本风速之后,还需要根据桥位处的具体地形、地表粗糙度条件和桥面离地面(或水面)的高度,推算用于桥梁设计计算等的设计基准风速Ud,进而确定作用于结构上的风荷载。详见第三章。(www.xing528.com)
除风速大小外,紊流风的脉动强弱(即紊流度)等对桥梁结构的作用也有影响。对施工双悬臂状态的斜拉桥和 T 构而言,来流风向的不同也有一定影响。关于风的脉动特性和风向特性,在此不一一阐述。
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