大跨屋蓋結構風效應不確定性及抗風設計方法研究.pdf

1、基于可靠度的抗風設計是結構風工程理論發(fā)展的重要方向,而從概率的角度處理結構抗風設計中的各種不確定因素,對結構風荷載和風振響應進行不確定性分析則是構建結構抗風可靠度理論的前提和基礎。大跨屋蓋結構的抗風問題具有多荷載形態(tài)、多響應振型和多等效目標的特點,這種復雜性導致了各種不確定因素對于大跨屋蓋結構抗風問題的影響更為顯著。因此,以大跨屋蓋結構作為研究對象,從理論、實驗等多方面開展深入細致的風效應不確定性研究,進而提出基于概率的抗風設計方法,不

2、僅對豐富和發(fā)展現有抗風設計理論具有重要價值,對于進一步推動我國大跨屋蓋結構的應用與發(fā)展亦具有重要的現實意義。本文主要進行了如下幾方面的工作:
　　1、構建結構風效應不確定性研究的理論框架
　　以Davenport“風荷載鏈”概念為基礎,構建了結構風效應不確定性研究的理論框架:確定以概率相關系數檢驗法和極大似然估計法對結構風效應各階統(tǒng)計量的概率分布擬合優(yōu)度進行定量評價,建立最優(yōu)概率分布模型;以參數靈敏度分析方法定量評估各種不確

3、定因素對結構風振響應不確定性的貢獻率,獲得不確定性在風荷載與風振響應間的傳遞規(guī)律;采用基于極值理論的估計方法計算具有確定保證率的極值風荷載和風振響應。
　　2、大跨屋蓋風荷載的不確定性分析
　　對具有典型形式的大跨屋蓋剛性模型進行了超過1000次的獨立采樣風洞試驗,獲得大量脈動風壓樣本。通過對風荷載各階統(tǒng)計量(均值、標準差、偏度、峰度)進行不確定性分析,建立了相應的概率描述模型,研究發(fā)現正態(tài)分布和對數正態(tài)分布是脈動風壓前3階

4、統(tǒng)計量的最優(yōu)分布,廣義極值分布是峰度系數的最優(yōu)分布?；跇O值理論建立了極值風壓的概率模型,探討了極值風壓概率分布與特征湍流的關系;對傳統(tǒng)峰值因子法的荷載保證率進行了評估,發(fā)現峰值因子法無法給出具有一致保證率的極值風壓分布,且較大程度的低估了最不利負壓,誤差率在20％～30%之間。
　　3、空間結構風振響應的不確定性分析
　　以多次獨立采樣風洞試驗獲得的大量脈動風荷載樣本為激勵,應用全局靈敏度分析方法-Sobol’方差分解法對

5、空間結構極值風振響應進行了參數靈敏度分析,定量評估了各種不確定因素對結構風振響應不確定性的貢獻率,研究發(fā)現:①結構風振響應的不確定性主要受風荷載不確定性控制;②結構風振響應的參數靈敏度與共振響應在總響應中的比重有關,共振響應越大,結構對風荷載越敏感。建立了結構動力極值響應的概率分布模型,探討了極值風響應的概率分布特征,并與峰值因子法進行了對比,發(fā)現峰值因子法無法給出具有一致保證率的極值風振響應。
　　4、提出具有確定保證率的圍護結

6、構設計風荷載分析方法
　　為獲得具有確定保證率的圍護結構設計風荷載,提出了針對較小容量樣本的高效概率分析方法一改進“獨立風暴法”,其基本思路是設定某一荷載閾值,將連續(xù)超出該閾值的時段記為一個獨立脈沖,將每個獨立脈沖的最大值作為一個極值樣本進行概率分析。由于樣本抽取時保證了各脈沖極值的獨立性,且各獨立脈沖的形成機制具有較好的一致性,因此應用這一方法可對較小容量樣本獲得較為精確的概率模型。
　　5、提出具有確定保證率的主體結構設