基于小容量樣本的屋蓋極值風荷載估計方法研究.pdf

1、對結構極值風荷載的概率估計一直是結構風工程領域的熱點研究問題之一。根據所需的樣本數(shù)量,目前的極值估計方法可分為兩類:一類是基于經典極值理論的估計方法;一類是針對較小容量樣本的估計方法。第一類方法是根據經典極值理論對大量樣本進行統(tǒng)計分析,建立較為精確的極值風荷載概率模型,獲得具有確定保證率的極值估計;此類方法較為成熟,但由于所需樣本數(shù)量巨大,往往難以在實際工程中應用。第二類方法需要首先采用一定的措施,如對樣本母體概率分布予以假定或從少量樣

2、本中提取盡量多的獨立峰值等,以解決樣本數(shù)量較少的問題,但盡管如此,其估計精度仍會隨著估計方法以及樣本性質的不同而有所差異。從工程角度來看,對小容量樣本極值估計方法進行研究更具有實用價值。本文在對現(xiàn)有極值估計方法進行歸納總結的基礎上,結合典型屋蓋結構的重復采樣風洞試驗,對各種基于小容量樣本的極值估計方法進行了比較分析,提出了基于風壓脈沖的極值估計方法,解決了屋蓋風荷載非高斯特性明顯區(qū)域的極值估計問題。
　　主要工作包括以下幾個方面:

3、
　　1、基于經典極值理論并結合大規(guī)模重復采樣風洞實驗,建立典型屋蓋結構的極值風荷載精確概率模型
　　對球面屋蓋和平面屋蓋縮尺模型進行大規(guī)模的重復采樣風洞實驗,獲得1000余次的屋蓋表面風壓時程樣本;在此基礎上利用經典極值理論建立了屋蓋極值風壓的概率模型。該模型不僅揭示了屋蓋表面極值風壓的概率分布特性,而且可以作為后續(xù)研究中評價小容量樣本極值估計方法準確性的標準。
　　2、基于樣本母體分布假定的極值估計方法比較研究

4、r>　　基于上述精確概率模型和重復采樣風洞實驗數(shù)據,系統(tǒng)考察了三種基于樣本母體分布假定的極值估計方法,峰值因子法、改進Hermite模型法和Sadek-Simiu法,對這些方法估計結果的穩(wěn)定性和準確性進行了評價。研究表明:峰值因子法的估計結果離散性較小,但數(shù)值多數(shù)偏低;改進Hermite模型法估計結果的離散性較大,且數(shù)值多數(shù)偏高;Sadek-Simiu法的離散性介于二者之間,且估計結果與精確值較為接近。
　　3、基于樣本獨立峰值的

5、極值估計方法比較研究
　　系統(tǒng)考察了三種基于樣本獨立峰值的極值估計方法,“獨立風暴”法、越界峰值法和r-LOS法,對其極值估計精度及穩(wěn)定性進行了比較分析。研究表明:“獨立風暴”法的極值估計結果離散性比越界峰值法和r-LOS法小;但是,在偏度系數(shù)和峰度系數(shù)變化較大的區(qū)域,“獨立風暴”法極值估計結果的準確性較越界峰值法和r-LOS法差。
　　4、提出基于“風壓脈沖”的極值估計方法
　　針對現(xiàn)有的峰值提取方法存在相鄰峰值的時

6、間間距取值過大的問題,提出基于“風壓脈沖”的獨立峰值提取方法。利用該方法改進了越界峰值法、r-LOS法和“獨立風暴”法,結合典型屋蓋的重復采樣風洞實驗數(shù)據對改進方法的有效性進行驗證,研究表明,改進方法極值估計結果離散性減小、總體的極值估計效果更好。
　　針對“獨立風暴”法極值概率模型存在的問題,改進了極值概率模型,結合本文的峰值提取方法,提出了一種針對小容量樣本的極值估計方法—改進“獨立風暴”法,并與其他方法的極值估計結果進行比較