围护结构非高斯风压极值估计的改进独立风暴法

为获得具有确定保证率的围护结构设计风荷载,提出了针对较小容量样本的极值概率分析方法——改进独立风暴法,基本思路是采用自相关分析技术提取单段风压时程的多个独立峰值,进而结合加权最小二乘法对独立峰值进行概率分析,获得样本极值的最优无偏估计。由于样本抽取时保证了各峰值的独立性,且各独立峰值的形成机制具有较好的一致性,因此应用这一方法可对较小容量样本获得较为精确的极值概率模型。结合多次采样风洞试验,将改进独立风暴法与峰值因子法、改进峰值因子法和Sadek-Simiu法进行了对比,结果表明,前者可对较小容量样本获得极值概率模型的解析表达,进而获得具有指定分位点的极值,从而提高了概率分析方法在实际围护结构抗风设计中的适用性。

平均时距对良态风气候地区极值风速的影响研究

在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速连续观测数据,进行处理得到不同时距下平均风速序列,并将改进独立风暴法与极值I型分布模型相结合分析得到各重现期的风速极值,分析了平均时距对极值风速预测结果的影响。研究结果表明:在良态风气候地区,一定重现期的极值风速随平均时距的增大而减小,近似呈指数律衰减;平均时距对极值风速的影响规律基本不受极值风速重现期的影响;1 min平均时距下的极值风速比10 min平均时距极值风速大19%左右。基于这些结果,拟合给出了良态风气候地区不同平均时距极值风速的转换关系式。

采用广义Pareto分布进行车辆荷载效应极值估计的研究

为了解决车辆荷载效应数据间的相关性问题并能够充分利用样本数据,提出了一种改进的独立风暴法。首先提出了一种三次类阈值法进行数据的初步分析来获得阈值;然后考虑到简支梁桥的车辆荷载效应主要受单辆重车影响,提出了改进的独立风暴法进行独立同分布样本数据的提取;最后采用广义Pareto分布进行车辆荷载效应极值估计;利用该方法,对动态称重系统记录的国内某大桥实测数据进行了车辆荷载效应极值估计,并与超越阈值法、独立风暴法进行了对比分析,结果表明:在较短评估期(T<20年)内,三种方法均可以较好地预测荷载效应极值;而在中长评估期内,改进的独立风暴法预测值较高,预测结果偏于安全。

观测间隔对极值风速的影响研究

由于早期观测设备都需要人工干预,气象部门提供的风气候历史观测数据一般都不是连续观测的,常常是每隔1 h或若干小时观测一次,这导致的数据遗漏可能会使极值风速的估算存在偏差。该文将美国11座城市气象站记录的风速连续观测数据,分别制作成"每隔1 h"、"每隔6 h"以及"无间隔连续"3种观测间隔的2 min平均风速值序列。结合改进的独立风暴法和与极值I型分布模型计算得到给定重现期的风速极值,并分析了3种观测间隔之间关系。研究结果表明:观测间隔为"1 h"和"6 h"的观测数据序列对应的日风速极值,与"连续观测"序列对应的日风速极值的差值均满足瑞利分布;利用风速差值的概率分布特性给出了修正方法。修正后的数据可给出准确性更高的极值风速估算结果。

基于“风压脉冲”的大跨屋盖结构极值风压估计方法研究

通过少量样本实现结构极值风压的概率估计一直是结构风工程领域的研究热点。对此,借鉴改进＂独立风暴＂法,发展了基于＂风压脉冲＂的极值风压估计方法,然后结合平面屋盖和球面屋盖的多次采样风洞试验,对基于＂风压脉冲＂的极值风压估计方法与改进＂独立风暴＂法进行比较。结果表明,基于＂风压脉冲＂的极值风压估计方法通过较小容量样本即可建立起相对精确的目标概率模型,获得较为准确的极值估计结果。将基于＂风压脉冲＂的极值风压估计方法应用于实际工程大跨屋盖结构的极值风压估计中,验证了此方法的可行性和有效性。

北京冬奥会延庆赛区风气候及场馆风效应分析

为保证北京冬奥会延庆赛区场馆建筑的抗风性能满足建筑设计要求,根据小海陀站、长虫沟站和西大庄科站等3个气象站的短期风速观测记录,采用超阈值的独立风暴法确定重现期风速;进行缩尺地形模型风洞试验,根据试验风速测量结果,建立气象站与场馆位置风速的空间变换关系,由气象站重现期风速,确定赛区场馆位置处的重现期基准风速、速压;结合风洞测压试验,以雪车雪橇赛道节段遮阳棚为例,分析围护构件外表面风压极值的分布情况。研究结果表明:超阈值的独立风暴法能够较好适用于短期风速观测记录的极值风速分析,且不同阈值的选取影响重现期风速的预测值;以高山滑雪场馆处的风速分析为例,场馆的出发区、结束区、集散区与相邻气象站的风速变换比值分别约为1.1、0.7、0.8;由雪车雪橇赛道节段遮阳棚的风压极值分析可知,遮阳棚围护构件外表面最大风压力分布较最大风吸力分布均匀,最大风压力系数为1.8,最大风吸力系数为2.8。

柬埔寨国家体育场风荷载设计研究

柬埔寨国家体育场项目属于索膜结构,对风荷载影响敏感。但柬埔寨目前没有健全的国家工程设计规范体系,风荷载取值也没有明确的标准依据。首先对金边国际机场(VDPP)近20年风速风向等气象资料进行整理,分析其概率分布特征,总结其风速风向特点。结果表明,VDPP数据在各个风向上大风出现的概率基本在1%以下,大概率区间处在0°和180°风向角附近,年最大风速主要集中在南北向。其次对不同重现期的风速,以年最大极值风速为样本,采用独立风暴法对本项目基本风压进行研究,结合周边国家的规范,给出建议基本风压:10年重现期取0.4kPa;50年重现期取0.45kPa;100年重现期取0.5kPa。然后利用风洞试验对结构进行分析,得到风压系数,并给出典型风向角下结构表面和墙面的风压分布云图和不同风向角下的极值风压,得出体育场屋面极值风压的变化范围为-1.5~0.9kPa、墙面的极值风压的变化范围为-0.8~1.4kPa。最后对结构进行风振响应分析,得到结构的等效静力风荷载。同时还利用数值风洞对外墙开洞率及罩棚仰角进行优化,确定了外墙最优开洞率60%和罩棚仰角14°。