大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)不確定性及抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、基于可靠度的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程理論發(fā)展的重要方向,而從概率的角度處理結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的各種不確定因素,對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行不確定性分析則是構(gòu)建結(jié)構(gòu)抗風(fēng)可靠度理論的前提和基礎(chǔ)。大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)問題具有多荷載形態(tài)、多響應(yīng)振型和多等效目標(biāo)的特點(diǎn),這種復(fù)雜性導(dǎo)致了各種不確定因素對(duì)于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)問題的影響更為顯著。因此,以大跨屋蓋結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,從理論、實(shí)驗(yàn)等多方面開展深入細(xì)致的風(fēng)效應(yīng)不確定性研究,進(jìn)而提出基于概率的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法,不

2、僅對(duì)豐富和發(fā)展現(xiàn)有抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論具有重要價(jià)值,對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)我國大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展亦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要進(jìn)行了如下幾方面的工作:
　　1、構(gòu)建結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)不確定性研究的理論框架
　　以Davenport“風(fēng)荷載鏈”概念為基礎(chǔ),構(gòu)建了結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)不確定性研究的理論框架:確定以概率相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)法和極大似然估計(jì)法對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)各階統(tǒng)計(jì)量的概率分布擬合優(yōu)度進(jìn)行定量評(píng)價(jià),建立最優(yōu)概率分布模型;以參數(shù)靈敏度分析方法定量評(píng)估各種不確

3、定因素對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)不確定性的貢獻(xiàn)率,獲得不確定性在風(fēng)荷載與風(fēng)振響應(yīng)間的傳遞規(guī)律;采用基于極值理論的估計(jì)方法計(jì)算具有確定保證率的極值風(fēng)荷載和風(fēng)振響應(yīng)。
　　2、大跨屋蓋風(fēng)荷載的不確定性分析
　　對(duì)具有典型形式的大跨屋蓋剛性模型進(jìn)行了超過1000次的獨(dú)立采樣風(fēng)洞試驗(yàn),獲得大量脈動(dòng)風(fēng)壓樣本。通過對(duì)風(fēng)荷載各階統(tǒng)計(jì)量(均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰度)進(jìn)行不確定性分析,建立了相應(yīng)的概率描述模型,研究發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布是脈動(dòng)風(fēng)壓前3階

4、統(tǒng)計(jì)量的最優(yōu)分布,廣義極值分布是峰度系數(shù)的最優(yōu)分布?；跇O值理論建立了極值風(fēng)壓的概率模型,探討了極值風(fēng)壓概率分布與特征湍流的關(guān)系;對(duì)傳統(tǒng)峰值因子法的荷載保證率進(jìn)行了評(píng)估,發(fā)現(xiàn)峰值因子法無法給出具有一致保證率的極值風(fēng)壓分布,且較大程度的低估了最不利負(fù)壓,誤差率在20％～30%之間。
　　3、空間結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的不確定性分析
　　以多次獨(dú)立采樣風(fēng)洞試驗(yàn)獲得的大量脈動(dòng)風(fēng)荷載樣本為激勵(lì),應(yīng)用全局靈敏度分析方法-Sobol’方差分解法對(duì)

5、空間結(jié)構(gòu)極值風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析,定量評(píng)估了各種不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)不確定性的貢獻(xiàn)率,研究發(fā)現(xiàn):①結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的不確定性主要受風(fēng)荷載不確定性控制;②結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的參數(shù)靈敏度與共振響應(yīng)在總響應(yīng)中的比重有關(guān),共振響應(yīng)越大,結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載越敏感。建立了結(jié)構(gòu)動(dòng)力極值響應(yīng)的概率分布模型,探討了極值風(fēng)響應(yīng)的概率分布特征,并與峰值因子法進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)峰值因子法無法給出具有一致保證率的極值風(fēng)振響應(yīng)。
　　4、提出具有確定保證率的圍護(hù)結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載分析方法
　　為獲得具有確定保證率的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載,提出了針對(duì)較小容量樣本的高效概率分析方法一改進(jìn)“獨(dú)立風(fēng)暴法”,其基本思路是設(shè)定某一荷載閾值,將連續(xù)超出該閾值的時(shí)段記為一個(gè)獨(dú)立脈沖,將每個(gè)獨(dú)立脈沖的最大值作為一個(gè)極值樣本進(jìn)行概率分析。由于樣本抽取時(shí)保證了各脈沖極值的獨(dú)立性,且各獨(dú)立脈沖的形成機(jī)制具有較好的一致性,因此應(yīng)用這一方法可對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)