大跨屋盖表面非高斯风压峰值因子的研究

作     者：陈盛 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田玉基

授予年度：2011年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：非高斯风压 峰值因子 大跨屋盖 Hermite矩模型 Gram-Charlier展开 

摘      要：随着社会的发展和科学技术的进步,人类居住的房屋建筑日益高大、轻柔化,风对建筑结构的威胁越来越大,其作用从“要考虑渐渐地变为“必须考虑,风荷载成为了建筑结构设计的控制荷载之一。 对于大跨屋盖结构而言,由于其体量庞大且钝体形态明显,风场遇到其阻碍时,会形成明确的冲击、分离、再附以及涡脱等特征湍流,气流在结构边、角、脊处的分离、旋涡脱落往往在屋盖结构表面产生锥形涡或柱状涡,使得这些区域的风压时程体现为尖峰脉冲事件,在频谱上表现为与漩涡脱落频率对应的高频峰值,这往往是导致局部屋面构件破坏的主要原因。 多数情况下现行的荷载规范无法满足大跨屋盖的设计要求,需通过模型风洞测压试验来获得大跨屋盖表面的风荷载特性。目前风洞实验给出的峰值因子通常是基于高斯平稳随机过程理论并结合风工程经验给出的定值。由于大跨屋盖结构引起的特征湍流较为明显,屋盖边缘区域的风荷载表现出明显的非高斯特性,如果仍然采用高斯峰值因子确定极值风荷载,可能导致设计偏于不安全。 基于以上背景,本文根据风洞试验数据,用几种方法研究大跨屋盖表面非高斯风压时程的峰值因子的取值,主要内容包括以下几个方面： (1)简要介绍了规范中采用的高斯风压峰值因子的确定方法。 (2)重点研究了Gram-Charlier展开、Hermite矩模型的性质、适用范围等,并在前人的基础上推导Hermite矩模型三阶系数的显式表达式。 (3)用Gram-Charlier展开、Hermite矩模型描述非高斯风压的概率密度特性,并介绍用两方法计算非高斯风压峰值因子的原理、方法。 (4)最后运用上述两种方法计算两种典型的大跨屋盖表面的峰值因子,并对计算结果作对比,得出用本文推导得到的三阶Hermite矩模型系数计算非高斯风压的峰值因子有更好的精确度。