一种非高斯风压峰值因子快速求解算法

为了计算非高斯风压峰值因子,基于双边保证率模型提出了计算非高斯风压时程峰值因子的快速快速搜索法和用于峰值提取的逐级分段法。通过某超高层建筑刚性模型测压风洞试验对常用的几种建筑覆面非高斯风压的峰值因子计算方法进行比较分析,对比各种方法得到峰值因子的大小及其与观察平均峰值的误差率。基于算法结果,研究了脉动风压概率特性,分析了偏度、峰度和峰值因子间的变化关系及其内在变化机理。结果表明:基于可靠度理论,用数值手段无限接近风压时程真实分布的快速搜索法总体精确性和适用性比经典的Sadek-Simiu法有所提高;极大值序列的峰值因子及其误差率随风向角变化而变化的总趋势和极小值序列是一致的;侧风面的前缘气流分离区、背风面及迎风面切角区、方形截面45°风向角下两背风面交接处是强非高斯区;风压时程概率密度分布是否具有绝对值较大的超越峰度与样本对称出现在均值线附近的集中程度相关。

义乌游泳馆屋盖风荷载的试验研究

义乌游泳馆采用凹形屋盖,对这种屋盖结构的风荷载研究还比较少.为此,制作了比例为1:100的刚性模型,采用同步测压技术,进行了义乌游泳馆凹形屋盖的风压测量,得到了其屋盖上的平均风压系数分布并与凸形屋盖的试验结果进行比较.结果表明:凹形屋盖上的“吸力”要远大于凸形屋盖上的“吸力”;迎风向挑棚上、下表面压力出现不利的负相关,应引起设计人员的注意;周边建筑对义乌游泳馆屋盖风荷载的影响不大.最后还给出了义乌游泳馆屋盖上的前10个最小极值风压.

大型双曲冷却塔表面脉动风压随机特性——风压极值探讨

针对风压信号呈现的非高斯特性和传统极限估计方法的局限,首次提出基于保证率和相关性的极值估计方法——全概率迭代法进行冷却塔表面脉动风荷载极值分析,并和传统的峰值因子法及改进的Sadek-Simiu法计算结果进行对比验证。结果表明:全概率迭代法避开了对随机过程的高斯分布假定,相比传统的极值估计方法其结果更加真实可靠;表达风压极值中脉动分量的峰值因子数值沿着环向和子午向变化显著,如取为同一数值则偏于危险或过于保守;采用全概率迭代法得到的表面风压系数极值分布曲线与规范取值相比,迎风面和负压峰值区域极值偏小,背风区域极值偏大,且最小值对应角度相差约10°。

非高斯风压时程的矩模型变换与峰值因子计算公式

利用Hermite矩模型理论建立了非高斯过程与高斯过程之间的单调变换关系;非高斯过程与高斯过程的极值发生概率相等,界限穿越率相等,这为非高斯风压峰值因子、风压极值的计算奠定了基础。在介绍软化过程、硬化过程和偏斜过程的Hermite矩模型理论的基础上,采用偏斜系数、峰态系数表明了矩模型的单调变换范围,由此可根据偏斜系数、峰态系数预先确定Hermite矩模型的变换公式和变换阶数。建立了非高斯过程峰值因子的概率分布表达式,明确了非高斯峰值因子与高斯峰值因子之间的一一对应关系。将非高斯极值概率分布及峰值因子计算方法应用于平屋盖局部风压峰值因子、风压系数极值的计算。结果表明:非高斯风压的峰值因子、风压系数极值的计算值的平均值与实测值的平均值吻合,风压系数极值的吻合程度优于峰值因子的吻合程度。

大跨屋盖脉动风压的非高斯特性研究

在大跨屋盖表面局部区域,特别是迎风边缘区域和屋盖拐角区,风荷载会表现出明显的非高斯特性,如果仍采用高斯模型来描述,往往会产生较大误差。基于五种典型大跨度屋盖结构的风洞试验,对屋盖表面局部风压的高斯和非高斯特性进行了研究。首先通过对第三阶、第四阶矩统计量归纳分析,给出划分高斯区和非高斯区的标准并对大跨度屋盖进行分区;同时,运用基于k-s检验的曲线拟合方法也得到风压非高斯分区,利用分区结果,得到保证率为99.38%的峰值因子取值。将两种方法相对比,发现得出的分区结果相似:非高斯区域往往集中在来流前缘、后部尾流区及高点角区附近。此外,分析结果表明,对于大跨屋盖结构,应适当提高我国荷载规范中的峰值因子并按结构分区取值。

槽式聚光镜的脉动风压特性与极值风压分布

通过对槽式聚光镜模型进行风洞测压试验,分析镜面平均风压和脉动风压分布特性,并给出部分测点的脉动风压功率谱图,对影响脉动风压分布的因素进行分析。同时还探讨脉动风压的概率分布,并对峰值因子的取值给出建议。研究结果表明:镜面竖向仰角及水平风向角不同时影响脉动风压分布的主导因素不同;镜面部分面积的风压分布在某些工况下有明显非高斯特性;抗风设计时可采用目标概率法来确定镜面的峰值因子以防止部分区域的风压保证率过高。此外还给出镜面各分区的峰值风压系数值。

悬臂弧形挑篷脉动风压的概率特征

通过对体育场典型悬臂弧形挑篷模型的测压风洞试验,研究挑篷表面脉动风压的概率分布形式,确定威布尔分布较适合描述挑篷表面脉动风压的概率分布形式,总结出设定偏移量和形状参数及特征参数之间简单的线性关系,三参数的威布尔分布可以用设定偏移量这一单参数来表述.在此基础上确定了适用于挑篷表面最不利风荷载统计的峰值因子取值范围.

风洞模型试验中峰值因子的讨论

本文先简要介绍了目前风洞模型测压试验中常用的三种数据处理方法，然后依据一实际的风洞试验结果讨论了脉动压力的峰值因子的取值问题，得到了一些有一定价值的结论。

广州新白云国际机场机库风荷载体型系数研究

广州新白云国际机场机库(GAM ECO机库)是目前世界上规模最大的机库之一,抗风设计是其结构设计一项重要内容.本文通过对该机库风洞试验的结果分析,介绍了在不同工况、不同风向角下机库屋盖上、下表面和墙体内、外表面的风压分布特点以及考虑阵风影响的风压峰值情况,给出了根据风洞试验得出机库的风荷载体型系数,并进行进一步的探讨,为大型机库抗风设计提供了依据.

不同导风装置对超大型冷却塔风压特性影响研究

为研究不同导风装置对超大型冷却塔风压分布特性的影响,通过风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子以及极值风压等气动参数,提炼出不同导风装置对大型冷却塔整体和局部风压分布的影响规律,最后给出了不同导风装置下冷却塔极值风压的拟合公式。结果表明:三种导风装置均能有效减少塔筒中部负压极值区域的平均风压,同时也能有效减少塔筒迎风面中上部脉动风压的根方差,尤其以弧形导风板效果最好;不同导风装置均可有效减小塔筒中下部迎风面和负压极值区域的风压极值,尤其以弧形导风板效果最好;考虑不同导风装置下大型冷却塔迎风面、侧风面和背风面峰值因子取值分别为3.29、3.41和3.50。

“天使之翼”体育场风压特性试验

通过对梅州体育场进行测压试验,得到平均风压系数、脉动风压系数,对其风压特性做了详细分析。结果表明:控制体育场屋面的风压主要为负压,屋盖凸起处气流分离较大,导致其负压较大;当来流由低屋面进入高屋面时,在高屋面区域产生"上吸下顶"的受荷情况,负压增大;通过对屋盖测点风压时程第三、第四阶矩的统计分析发现,非高斯性测点主要分布在屋盖气流分离区和受尾流旋涡影响的区域;高斯分布和三参数伽马分布能较好地描述体育场表面风压概率特性;Sadek-Simiu法考虑了脉动风压非高斯特性,能准确地估计非高斯风压的极值。

基于r个最大次序统计量模型的极值风压估算

提出一种基于r个最大次序统计量(r largest order statistics,r-LOS)模型的极值风压估算方法,该模型包括广义极值(generalized extreme value distribution,GEV)联合分布形式及Gumbel联合分布形式.提出了独立风压峰值r-LOS序列构造方法、最优r值确定方法、r-LOS GEV模型和r-LOS Gumbel模型的优选方法.将r-LOS模型方法应用于某低矮工业建筑刚性模型测压试验的极值风压估算.当采用多段风压时程估算极值风压时,r-LOS Gumbel模型优于r-LOS GEV模型和经典Gumbel模型.当采用单段风压时程时,与基于改进Hermite模型的峰值因子法、Sadek-Simiu法相比,r-LOS Gumbel模型方法能更加精确地估算极值风压,适用于非高斯风压的极值估算,可以给出极值风压分位点的解析解.分析表明,r-LOSGumbel模型方法是一种多段时程和单段时程条件下均适用的极值风压估算方法.

两种典型结构形式站台雨篷风压特性的风洞试验研究

为了使工程设计人员更好地把握不同结构形式的火车站站台雨篷的抗风性能,以两个实际工程为背景,从不同角度分析比较了两种典型结构形式站台雨篷的风压特性,包括平均风压系数、均方根风压系数、雨篷上下表面风压相关性以及一定保证率下的极值风压峰值因子,得到的结论可为结构设计选型提供参考。

基于大涡模拟超大直筒-锥段型钢结构冷却塔极值风压研究

以国内拟建的首座超大直筒-锥段型钢结构冷却塔(189 m)为例,通过大涡模拟法获得其表面三维气动力时程和周边流场分布形态,并与国内外实测及风洞试验结果对比验证了数值模拟结果的有效性。在此基础上,基于三种典型风压极值算法(峰值因子法、改进峰值因子法和Sadek-Simiu法)对比分析了此类钢结构冷却塔表面峰值因子和风压极值的分布规律,并基于非线性最小二乘法分别给出了直筒和锥段部分的风压极值一维/二维拟合公式及取值建议;研究表明:直筒-锥段型钢结构冷却塔负压极值区和分离区附近风荷载呈现明显的非高斯特性,基于高斯分布假定的峰值因子法计算得出的极值风压数值偏小;锥段和直筒段背风面极值风压均大于规范取值,锥段迎风面和侧风面极值风压与水工规范极值接近,而直筒段迎风面和侧风面极值风压与荷载规范极值接近;所提出的风压极值拟合公式可以包络直筒和锥段的实际风压极值,最大误差<10%。研究结论可为此类钢结构冷却塔风荷载设计取值提供参考。

下击暴流作用下大跨平屋面的极值风压分析

在下击暴流风场中,大跨平屋面建筑顶部的来流分离区及尾流区域处风压具有极强的非高斯特性。基于稳态冲击射流作用下的大跨平屋面建筑刚性测压试验结果,使用高阶统计量法研究了典型径向距离处屋面风压高斯与非高斯分区特性,利用TPP法计算测点峰值因子,发现平屋面表面测点极值风压系数与建筑物离下击暴流喷口间距有密切关系,研究结果表明:在下击暴流作用下,大跨平屋面部分区域出现明显的风压非高斯特性,尤其是迎风和背风边缘区域;屋面中心区域和屋面侧边缘区域峰值因子较小,屋面峰值因子取值范围在3.99~9.29,测点峰值因子均明显大于《建筑结构荷载规范》中的取值;在不同径向距离处,极值风压系数均为负值,来流分离区域及尾流区域风压系数绝对值较大;极小值风压系数绝对值随径向距离的增加先增大再减小,在径向距离为1.25 D_(jet)时极小值风压系数绝对值出现最大值。

考虑导风装置大型冷却塔双塔风致干扰效应研究

为研究不同导风装置对双塔干扰下大型冷却塔表面平均和脉动风荷载分布特性的影响,基于风洞试验对比研究了三种有导风装置和无导风装置的大型冷却塔表面风压随机分布特性,其中包括平均风压、脉动风压、峰值因子、极值风压以及干扰因子等气动参数。研究结果表明:增设导风装置后塔筒背风面负压区气流紊乱,平均风压呈现明显波动;不同导风装置对塔筒下部断面测点峰值因子影响显著,数值主要分布在3.2~3.6之间;极值风压分布规律类似于冷却塔模态的正反对称特点,外部进水槽对喉部侧风面极值风压增大了近0.5;90°风向角为双塔布置的最不利工况,夹道效应导致塔筒侧风面平均风压、脉动风压与极值风压变化显著,此时带外部进水槽的冷却塔中上部断面层阻力系数的干扰因子达到最大值。

围护结构非高斯风压时程的峰值因子

大跨屋盖边缘区域风荷载表现出明显的非高斯特性,为确定非高斯风压时程的极值风压,并与传统的风荷载理论所采用的峰值因子法相衔接,采用Hermite矩模型将非高斯风压时程变换为高斯时程,计算高斯时程的峰值因子,然后通过逆变换得到非高斯时程的峰值因子.通过对大跨鞍型屋盖的风洞实验数据进行处理,得到不同工况下屋面各测点的峰值因子,并对其特性进行系统分析.实测负向峰值因子与计算峰值因子的对比结果表明,计算峰值因子具有较好的计算效果.

非高斯风压峰值因子估计:基于矩的转换过程法的对比研究

建筑围护结构抗风设计需要准确估计非高斯风压极值或者峰值因子。对于非高斯风压峰值因子估计,常用的基于矩的转换过程法有Hermite多项式模型(HPM)、Johnson转换模型(JTM)及平移广义对数正态分布(SGLD)模型。极值通常由母本概率密度函数(PDF)的尾部决定,现阶段对于三种模型基于相同前四阶矩预测的非高斯母本PDF尾部的差别尚不清楚,自然,对于这三种模型预测的极值或者峰值因子的差别尚无答案。为了探明三种模型的异同,从而提供一定的选取原则,该文就三种方法对非高斯风压峰值因子估计效果进行了系统的对比研究。首先从理论上对比了三种方法预测得到的母本PDF的差异和估计的峰值因子差别;其次,选用长时距风洞试验风压数据检验了三种方法对非高斯风压峰值因子的估计效果。结果表明在三种模型都适用的偏度和峰度组合范围内,HPM对非高斯风压峰值因子估计结果相比SGLD模型和JTM模型估计结果更准确。

高铁站台雨棚表面风荷载及干扰效应研究

对一典型有站台柱高铁站台雨棚进行1∶150缩尺刚性模型测压风洞试验,研究雨棚屋面平均风压系数分布规律、上下表面风压相关性、表面脉动风压的非高斯统计特性,局部块体型系数的分布规律并与规范比较。结果表明:站台雨棚的迎风前缘测点风压相关系数小于0.5,有较高的吸力特性;气流尾流区域和站房遮挡区域测点风压为强相关,但风压较小;雨棚风压非高斯特征明显,斜风向45°时雨棚测点风压非高斯区占比高达82.9%,Hermite级数对非高斯风压测点的概率密度分布拟合效果较好;后方受干扰雨棚的迎风侧块平均风压干扰因子在0.5附近变化,背风侧块干扰因子较大但其风荷载较小;雨棚风荷载负体型系数风洞试验值(-1.16)与规范值接近,正体型系数风洞试验值为0.13。

考虑带宽修正的大跨屋盖结构非高斯风压极值估计方法

针对大跨屋盖结构表面风压宽频谱特性与极值风压估计方法问题。提出一种基于带宽修正的高斯转化法求解非高斯风压峰值因子,结合大跨屋盖结构风洞试验,采用该方法和现有极值风压评估方法对大跨屋盖结构表面极值风压开展了系统的对比验证研究。结果表明:高斯峰值因子法估算的大跨屋盖结构表面风压峰值因子明显偏离了非高斯风压的峰值因子;忽略带宽参数的Hermite矩模型高估了非高斯风压的峰值因子;相对于修正带宽的Hermite矩模型和目标概率法,提出的修正带宽高斯转化法与Sadek-Simiu法估计的大跨屋盖结构风压峰值因子更为准确,与试验观测值整体上最接近,且提出的修正带宽高斯转化法得到的结果误差及离散性均较小,能够高效合理地提供大跨屋盖结构表面非高斯风压峰值因子。