大跨屋盖围护结构风荷载极值及其不确定性

作     者：张雪 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李寿科

授予年度：2019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：大跨屋盖 围护结构 极值风压 概率分布 可靠度 

摘      要：大跨屋盖结构跨度大、质量轻和柔度大,通常其结构表面绕流、结构-空气动力相互作用机理复杂,易在强风作用下发生破坏。相对于主体结构而言,围护结构的风致破坏更为常见。恰当而合理的围护结构设计风荷载是保证围护结构抗风性能的前提,其大小取决于结构表面具有一定保证率的极值风荷载。风洞试验方法是获得围护结构极值风荷载的常用方法,从理论上说,无穷多次独立重复风洞采样可获得极值的真值。而在围护结构风荷载的风洞试验中,通常采样的次数有限,采样的时长亦有限,因此围护结构设计风荷载基于极值概率统计模型采用概率统计方法获得。合理的极值概率模型是预测围护结构极值风荷载的先决条件。本文以大跨度平屋盖为研究对象,从屋盖表面风压的分布规律、表面风压极值的概率统计模型和不确定性入手,为大跨屋盖围护结构风压极值估计和不同极值估计方法的校准提供一个基于可靠度的评价机制。本文主要进行了以下几个方面的工作:(1)大跨平屋盖表面风压特性研究。本文对大跨平屋盖结构进行了缩尺比为1:200的刚性模型风洞测压试验,依据单次采样的结果,对结构表面的平均风压系数、脉动风压系数、极值风压系数以及块风压系数的分布规律进行了系统的研究,得出了大跨平屋盖结构表面风压分布的一些基本的分布规律。(2)大跨平屋盖表面风压的概率统计模型及其不确定性研究。本文依据大跨平屋盖结构的多次独立重复的缩尺刚性模型风洞测压试验结果,基于变异系数对可靠度的影响,确定了测点体型系数、极值风压系数,分块体型系数、极值风压系数的风洞试验采样次数标准;基于经典极值分布,对测点和分块极值风压系数进行了概率分布拟合,确定了对应的最佳拟合分布;基于拟合的极值分布,分析了不同的参数估计方法和极值分位数的选取对风压系数极值估计的影响。(3)大跨平屋盖风压极值估计方法的比较及校准。本文采用几种常用的极值估计方法:峰值因子法、阵风系数法、短时分段极值估计方法、多区组的经典极值估计方法、基于二阶矩可靠度理论的风压极值估计方法进行了大跨平屋盖风压极值的估计,比较了几种方法的极值估计结果差异,以基于二阶矩可靠度理论的风压极值估计方法的结果为基准,校准了几种常用方法,提出了相应的修正因子,推荐工程应用。