【摘 要】
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在我国每年均会有大量的树木由于强风的作用而遭受重大损失。树木风倒损毁并不是单一因素影响的结果,往往是复杂且不确定的,这给学者们研究树木抗风带来了许多困难。本文基于现场实测树木的风致响应,旨在总结风致响应的规律为树木风毁破坏分析提供一种新的思路。首先,通过对柳树的树前风场及其树干加速度响应进行了现场实测,探究了在不同风速条件下树干各个高度的风致加速度响应的分布规律。结果表明树前顺风向脉动风速与风致树
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在我国每年均会有大量的树木由于强风的作用而遭受重大损失。树木风倒损毁并不是单一因素影响的结果,往往是复杂且不确定的,这给学者们研究树木抗风带来了许多困难。本文基于现场实测树木的风致响应,旨在总结风致响应的规律为树木风毁破坏分析提供一种新的思路。首先,通过对柳树的树前风场及其树干加速度响应进行了现场实测,探究了在不同风速条件下树干各个高度的风致加速度响应的分布规律。结果表明树前顺风向脉动风速与风致树干加速度响应的概率分布特性有显著区别,树前顺风向脉动风速近似高斯分布,树干顺风向加速度响应的概率分布为明显的尖峰非高斯概率分布。对比了顺风向脉动风速和顺风向加速度的无量纲功率谱特性,可以看出两者均有一个主要波峰,前者的主波峰所对应的频率小于0.1HZ,而树干顺风向加速度主波峰所对应频率范围在0.55-0.65HZ之间,远大于顺风向脉动风速的波峰频率。其次,在不同保证率下应用Gumbel算法、峰值因子法、改进的峰值因子法和广义pareto法四种极值算法计算了树木极值加速度响应,对比了四种算法的准确性。选择拟合度最佳的广义pareto极值算法计算柳树的极值加速度响应。当时距为180s时,柳树树前平均风速与树干顺风向极值加速度响应的相关性最高。对树前不同平均风速下树干不同高度的极值加速度响应进行拟合分析与预测,发现其树干顺风向极值加速度与树前平均风速呈二次非线性关系。最后,将柳树简化为8个质点的树木模型计算实测柳树的极值风致响应。采用拟合的极值加速度公式计算得到各个质点处的极值加速度,将其与柳树各个质点的质量相结合通过计算得到柳树的动力风致响应;根据计算分析得到的阻力系数、迎风面积、平均风速等参数计算得到柳树的静力风响应,进而叠加动力响应和静力响应得到完整的柳树总体极值风致响应。通过查阅文献,确定抗弯强度的取值范围,分析树干风毁破坏的情况,得到柳树在临界破坏风速范围在28.3m/s-40m/s之间,破坏位置在树干底部处。本文对于常见柳树极值风致响应的研究,对于树木抗风研究具有重要意义。
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