风荷载作用下林木的力学响应

森林在维系生态系统及保护生态环境中日益被人们认识和重视。大风作用造成林木破坏，给林场造成了巨额的经济损失，并极大提高了森林管理和经营的成本。随着气候的不断变化，强风造成的损失还在逐年增加。应对风害，需要了解大风破坏森林、毁坏林木的机理。本项目以北方沿海防护林主要树种黑松（Pinus thunbergii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）和毛白杨（Populus tomentosa）为对象，进行实际风荷载和模拟风荷载作用下林木的力学响应特性试验：沿林木高度方向多点布置测定应力、变形等的传感器和加载装置，并与风荷载同步采集，实时反映林木的力学响应特性。在试验研究的基础上，结合结构振动分析理论，建立风荷载作用下林木力学响应模型。进行基于3D建模的有限元数值计算，预测大风作用下防护林林木发生破坏的风险，为防护林管理者采取措施保护林木、减少损失提供依据。 2100433B

本项目主要研究构建一套能够满足低矮建筑物风荷载和复杂地貌的近地面风场状况实测研究需要、同原型尺寸基本相当、可移动的的模型房屋及测试系统。在台风登陆时将该系统布置在台风登陆地区开展实测研究，变被动的等待台风登陆为主动的寻找台风，创造开展实测研究的机会。重点研究强台风时近地面风场状况（风速剖面、湍流度剖面、功率谱等）和低矮房屋风荷载状况，获得具有工程意义和科学价值的实测数据。将近年来迅速发展的新方法和新技术应用于实测系统的建造和实测数据的分析，以获得更加准确和可靠的实测数据，发现低矮建筑物风效应的典型性特征。将现场实测、风洞试验、数值模拟等研究手段结合起来开展低矮建筑物抗风问题的研究，挖掘不同研究手段所获得结果的相似性特征，检验风洞实验和数值模拟方法的准确性和可靠性，进一步的改进风洞实验和数值模拟方法。提出在台风作用下低矮建筑物的等效风荷载确定的新方法，为低矮建筑物的抗风设计提供可靠的依据。 2100433B

雷暴冲击风是短时间内冲向地面并沿雷暴中心向外围迅速扩散的高强气流，其最大风速出现在近地面附近，对输电线塔具有极强的破坏性。目前针对雷暴冲击风下输电塔风荷载和风振性能的研究较少，包括我国在内的大多数国家的荷载规范基本上仍采用常态大气边界层剖面风荷载作为设计荷载，并未体现雷暴冲击风的作用。本项目通过输电塔气弹模型风洞试验，在边界层风洞中模拟雷暴冲击风风场，采用新的位移测试技术对输电线塔雷暴冲击风作用下的风振特性进行系统的研究，分析不同类型的输电塔在冲击风作用下的风振响应规律。基于输电塔气弹模型整体位移响应的测量结果，进行气动阻尼参数和作用于结构上的气动荷载识别，研究输电塔结构气动阻尼随风速的变化规律和气动荷载的分布特征与作用机理，建立输电塔结构三维静力等效风荷载的新的试验分析方法，为输电塔抗冲击风设计提供理论依据和设计指导。