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大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析

大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析

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作者：秦乐北京交通大学

学位级别：硕士

随着2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会的成功举办,全国的城市化建设是日新月异,大跨度成为现代建筑物的主导方向,并且有向跨度越来越大、外形越来越复杂的方向发展的趋势。为了获得史大的无柱空间,克服自重对结构... 详细信息

随着2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会的成功举办,全国的城市化建设是日新月异,大跨度成为现代建筑物的主导方向,并且有向跨度越来越大、外形越来越复杂的方向发展的趋势。为了获得史大的无柱空间,克服自重对结构跨度的束缚,人们不断探索采用轻质高强的建筑材料和高效的结构体系,于是,在屋盖自重得到有效降低的同时,结构刚度也日趋变柔,风荷载已成为此类结构设计的主要控制荷载,因此,研究大跨屋盖表面的风荷载特性已成为迫切需要的重要课题。本文将利用大跨平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖在风洞试验中的实验数据,对屋盖表面的平均风和脉动风进行研究;由于特征湍流的影响,在屋盖的部分区域,风压时程表现出明显的非高斯特性,本文采用偏斜和峰态作为划分风压时程是否为高斯信号的依据,并将检验结果与Hinich高斯性检验的结果进行对比,最终确定屋盖表面的高斯区和非高斯区。通过研究可以发现：（1）对于大跨屋盖,屋盖表面的风荷载以吸力为主,在迎风前缘、屋顶最高处等的风吸力比较大。风向角对屋盖表面风压分布形式和极值风压都有较大的影响,而风速、矢跨比和地貌的影响比较小,仅在数值上有微小改变,在风压分布形式上没有明显改变。（2）当气流遇到钝体绕流时,先在迎风边缘拐角出现分离而对屋面形成很大的吸力,然后往下游发生再附着,负风压减小甚至出现正风压,因此在进行大跨屋盖结构抗风计算时,应适当考虑下风向区域正压对结构的影响。（3）屋盖表面风荷载在迎风前缘（来流发生分离）、边角处和屋盖后缘即漩涡再附处,由于特征湍流的作用,表现出明显的非高斯性,为屋盖受风的最不利区域。（4）通过对平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖表面风荷载进行偏斜值和峰态值计算,找出了两者之间的关系和在自身范围内的累积概率密度函数,统计并推导出高斯区和非高斯区的划分准则。（5）引入假设检验的思想,在显著性水平a=0.05时,在频域内对风压时程进行Hinich高斯性检验,并与时域内偏斜和峰态检验的结果进行对比,将非高斯点集中的区域划分为非高斯区,其余为高斯区。（6）考虑到风从各个方向吹来的可能性,分别画出平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖非高斯区的包络线,并在边角区等非高斯点密集的地区给予特殊考虑,对不同形式的屋盖结构形式给出了相应的非高斯区定位的参数,即特征湍流的定位参数。

关键词：风荷载特征湍流大跨屋盖偏斜和峰态非高斯 Hinich检验

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