6.2.3　紊流功率谱

6.2.3　紊流功率谱

顺风向脉动风u的频率分布可用无量纲的功率谱密度函数RN（z，f）表示为

式中　f——频率，Hz；

Su（z，f）——顺风向脉动风功率谱。

Kaimal等[143]提出了一个常用的简化公式，该谱密度表达式具有较好的高频性能，具体表达式为

式中　λ——无量纲参数，用来确定谱密度的最大值，一般取值为50；

fz——无量纲坐标，也称莫宁坐标，fz=fz/U（z）。

式（6.7）后来也被Simiu和Scanlan[144]所采用。

如果高度超过50 m，谱密度表达式中的fz表示为，同时λ改为10.2。此时，谱密度的表达式为

式（6.8）即欧洲规范所采用谱密度表达式。它给出了绝大多数工程结构频率范围之内的一个紊流脉动的表达式。

DavenPort[145]建议的谱表达式为

式（6.9）中的无量纲频率为fL=fL/U（z）。其中，L≈1 200 m。

Harris[146]建议的谱为

式（6.10）中的无量纲频率为fL=fL/U（z）。其中，L≈1 800 m。

Von karman给出了顺风向、横风向和竖向的功率谱密度函数，其顺风向功率谱密度函数为

横风向和竖向功率谱密度函数为

式（6.11）和式（6.12）中的无量纲频率为。

Busch和Panofsky[147]以及Simiu[148]给出了顺风向、横风向和竖向3个方向独立的风速谱密度函数。其表达式如下：

顺风向

横风向

竖向

式中，无量纲频率fz=fz/U（z）。

《公路桥梁抗风设计规范》规定，我国风谱的形式为水平向采用Simiu谱，竖向采用Pandfsky谱。其具体形式如下：

水平风速谱

竖向风速谱

式中　n——风的频率，Hz；

f——无量纲频率，f=nz/U（z）；

u∗——气流摩阻速度。

综合比较和分析：本研究中3个方向对桥址区风谱进行拟合分析如下：

顺风向

横风向

竖向