低矮房屋风致结构响应的不确定性分析

作     者：彭新艳 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄国庆

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：低矮房屋 结构设计 Hermite模型 极值响应 不确定性分析 

摘      要：由于低矮房屋具有自重轻、刚度小等自身特点,使得其较易受到飓风的破坏。而我国飓风频发的沿海地区分布着大量的低矮房屋,这些低矮房屋的破损甚至倒塌及其带来的人员伤亡是导致风灾损失巨大的重要原因。针对目前设计方法的不足,研究了风荷载引起的低矮房屋结构极值响应的不确定性,以此为可靠度设计提供更好的依据。本文主要的研究工作如下：(1)首先分析了低矮房屋的屋面风压特性。结合其外形特性,并基于相关的结构设计规范,初步设计了钢结构框架模型,并以檩条为例简述了初步设计过程。继而使用结构设计软件SAP2000建立了有限元模型,并对其进行了结构优化设计。进而导入处理后的实验风压数据进行了结构时程分析;(2)以提取出的底柱轴力响应时程为数据基础,研究了其极值分布、偏度和峰度的概率模型,并寻找出这两个参数与极值分布各参数之间的函数关系。继而计算了极值分布参数的联合概率分布。最后结合响应数据均值和标准差的随机特性计算了特定分位点下的极值响应分布,分析了其不确定性。通过以上研究,得出如下结论：(1)屋面风压以负压为主,且具有非高斯特性,结构响应也具有非高斯特性,Hermite模型对极值分布的拟合效果较好。偏度和峰度系数分别符合正态分布和对数正态分布,并发现经验模型能对极值Ⅰ型分布两参数与偏度峰度之间的函数关系进行较好的描述;(2)综合考虑结构响应的前四阶矩,建立了特定分位点下的极值响应分布函数。以底柱44为例,发现当置信水平为90%时,其轴力极值在均值处的置信区间为(27.00,34.70)kN,变异率约为8%。