基于数值模拟的台风危险性分析综述(Ⅱ)——随机抽样模拟与极值风速预测

台风危险性分析是台风损失估计及防灾减灾的基础。对基于数值模拟的台风危险性分析所采用的随机台风概率模型、随机抽样模拟方法和极值风速预测进行了回顾与评述,包括台风关键参数概率模型及其相关性、台风路径模型、台风登陆衰减和海陆风速转换模型以及台风极值风速概率模型,并针对我国东南沿海地区台风危险性分析数值模拟采用的相关模型给出了相关建议。     

Shapiro台风风场模型及其数值模拟

我国东南沿海是世界上台风最集中的地区之一,也是我国经济最发达和财富最集中的地区,台风引起的灾害损失巨大.数值模拟方法是目前进行台风危险性分析和估算极值风速普遍采用的方法,已有较多风场模型应用于台风区的极值风速估算,Shapiro风场模型是其中之一.首先介绍了Shapiro台风风场模型,然后采用有限差分法求解描述该风场模型的非线性偏微分方程组,利用两个实测台风的风速记录对该模型进行了验证,对该风场模型在我国东南沿海地区的应用做了初步尝试.     

基于阻滞增长模型的台风强度演变模拟

我国位于西北太平洋的西岸,是全球范围内受热带气旋影响最为严重的国家之一。从1963-2019年,热带气旋在我国造成的损失占自然灾害损失的50%甚至更多。可靠的台风危险性量化分析对政府部门制定防灾减灾规划、金融机构（如保险及再保险业）以及个人家庭都很重要。全路径随机台风模型可以合成出大量的台风从生成到消亡的路径和强度样本,可对大范围区域台风进行危险性分析,是评估台风危险性最有潜力的模型。其基本思想是先对路径分段模拟,再组合成完整的路径和强度。文中针对西北太平洋区域的台风活动建立了基于阻滞增长模型的热带气旋强度模型,模拟热带气旋在其生命周期内的强度演变。在模型中纳入海气环境因素的影响,并依据热带气旋强度增减状态以及强度等级将样本数据划分为10类,分别建立基于阻滞增长模型的强度模型。最后通过对比西北太平洋1979-2018年JTWC最佳路径数据和模型模拟结果,发现文中建立的模型模拟的强度与历史的平均强度较为吻合,但是对于强度的快速增强模拟效果不佳,这可能与样本数据不足有关。     

中国东南沿海重点城市台风危险性分析

中国东南沿海地区是中国经济最发达，人口最稠密的地区，同时也是世界上受台风影响最严重的地区之一。本文以上海经9个沿海重点为例，通过对《台风年鉴》数据的分析处理，提取了台风关键参数并进行了统计分析与建模；利用Monte Carlo抽样和成熟台风风场模型模拟，得到了极值风速序列，对年极值风速序列进行极值风速统计分析，得到了不同重现期和地貌的极值风速，结果与实测风速比较吻合。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明:增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

正态信息扩散法在确定河冰抗压强度概率分布中的应用

将正态信息扩散法应用于小样本条件下河冰抗压强度概率密度函数的确定,建立了小样本条件下河冰抗压强度概率分布,并结合K-S检验法和河冰抗压强度试验数据,分析了该方法的合理性。结果表明,本文方法可以较好解决小样本情况下河冰抗压强度概率分布的确定问题,正态信息扩散分布更加接近河冰抗压强度的真实分布,并优于经典分布的拟合方法。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

黑龙江省的凌汛灾害及其区域划分

根据黑龙江黑河,嫩江（齐齐哈尔、富拉尔基）,佳木斯和哈尔滨四个水文站３０多年的冰情观测记录,分析了黑龙江省河流的冰情特点和凌汛灾害,计算了相应河段５０年一遇和百年一遇流冰厚度极值。最后对黑龙江省河流冰情、凌汛灾害进行了区域划分,为相关的冰工程设计提供了科学合的依据。     

河冰对桥墩作用的冰荷载计算方法(Ⅱ)——冰压力计算公式

在松花江河冰力学性能试验和流冰动压力测量的基础上,回顾了国内外目前有关冰-结构相互作用与冰荷载计算的主要方法和公式,并通过黑龙江省流冰长期观测数据的统计分析,提出了适合我国国情的冰荷载计算方法,可供工程部门参考使用。