用于结构风致疲劳分析的风速风向联合分布函数研究

风速风向联合分布是风荷载基本的特征之一,在进行结构风振疲劳寿命或者风振可靠性分析时,需要先求得建筑结构所在位置处的风速风向联合分布函数。本文在已有研究的基础上对风速风向联合分布函数进行进一步研究。根据气象站位置和建筑物位置处梯度风速相同,并假设以上两个位置处风向相同,提出了由气象站位置处的风速风向联合分布函数得到建筑物位置处联合分布函数的方法。本文以广州气象站测得的气象资料作为分析实例,所得的结果可为结构风振疲劳寿命或者可靠性分析提供参考。

风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。

基于健康监测的苏通大桥风速风向联合分布研究

为了描述苏通大桥桥址区风速风向联合分布规律,为大跨度桥梁结构的风振分析精细化研究奠定基础,基于苏通大桥结构健康监测系统开展了桥址区风速风向联合分布研究。根据该系统风速仪在主梁跨中上游、跨中下游、北塔塔顶、南塔塔顶4个关键部位记录的风特性数据,采用数理统计方法,推算了4个部位10年、100年重现期的极值风速。结果表明,苏通大桥风特性监测数据合理可靠、桥址区极值风速分布概型接近Weibull分布,考虑风向影响的极值风速总体上比不考虑风向影响时的结果要小。

基于2008—2015年实测数据的苏通大桥风速风向联合分布分析

为充分掌握苏通大桥桥址区基本风速,基于大桥结构健康监测系统(SHMS)运行7年(2008年1月至2015年3月)的实测数据开展了桥址区风速风向联合分布分析.利用安装在主梁跨中上游、跨中下游和南塔塔顶的3个风速仪采集的数据,以1个月作为基本抽样时间间隔,采用阶段极值法抽取极值样本.在进行Gumbel,Frechet和Weibull分布函数的参数估计后,根据风向频度函数得到桥址区风速风向联合分布,据此对桥址区10,50及100年重现期的极值风速进行了推算.结果表明,Weibull概型风速风向联合分布函数较Gumbel和Frechet概型更为合适,考虑风向影响的基本风速使结构抗风设计更加接近实际情况,而苏通大桥抗风设计时所采用的基本风速偏于保守.

杭州湾大桥观光塔风速风向联合分布

采用概率相关系数(PPCC)最大化原则和极大似然法,根据杭州湾中心岛屿玉盘山气象站的实测风速资料,分析不同风向的最优分布类型,探讨最优分布类型与概率曲线相关系数随形状参数变化规律之间的关系,并用风速风向联合分布推算设计基本风速。研究结果表明:在3种极值分布中的PPCC随形状参数递减的分布为最优,具体哪种分布的PPCC递减则依赖于具体风速样本,因此在以后的风速概率拟合中可以先由PPCC的规律确定分布类型,然后仅求解此分布的有效最优参数;16个风向中的最优分布除正西方向是极值Ⅱ型外,其他都是极值Ⅲ型;用联合分布推算的基本风速比传统的非联合分布的结果略低,传统的方法得到的基本风速偏保守,用联合分布推算基本风速更加科学。

极值风速风向的联合概率密度函数

基于最大熵原理,构建极值风速风向的联合概率密度函数,并与Copula函数建立相互关联.以我国某地的极值风数据为例,建立极值风速的Gumbel分布模型以及对应风向的二阶混合von Mises分布模型;使用非线性参数优化算法确定极值风速风向的联合分布模型.采用该模型计算各风向角下不同重现期的基本风速值,并与建筑结构荷载规范值(GB 50009-2012)进行对比.结果表明,联合分布模型能够有效表征实际风速风向的概率分布特征.分别采用Spearman秩相关系数和线性-角度变量相关系数对模型的相关性予以验证,探究模型的有效性.

风速风向联合分布对结构风致疲劳寿命可靠性的影响

在进行结构风振疲劳寿命可靠性分析时,需要先求得建筑结构所在位置处的风速风向联合分布函数。首先对建筑结构附近两个气象站的气象资料进行统计分析,得到建筑结构位置处两个不同的风速风向联合分布函数,然后分析了不同的风速风向联合分布函数对一实际结构系统风振疲劳主要失效模式以及结构系统风振疲劳失效概率的影响。分析表明:用不同的风速风向联合分布函数计算风振疲劳寿命时会得到不同数目的主要失效模式,并且对结构系统的风振疲劳失效概率影响较大。

风速风向联合分布的平均风统计分析

本文提出了基于最小二乘法原理的考虑风速风向联合分布的平均风实用统计分析方法 ,并应用这一方法对上海地区的平均风进行了统计分析 ,阐述了考虑风速风向联合分布的必要性。

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.

考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构风致疲劳寿命评估

针对风向对风力机塔筒疲劳产生影响的问题,基于实测数据对考虑风速风向联合概率分布的风电塔筒结构的风致疲劳寿命展开研究。首先结合甘肃安西地区37 a的实测风速风向数据,给出风速风向联合概率分布。然后利用主S-N曲线法分别对不同风向和不同风速下风力机塔架结构法兰及门洞区域的响应规律进行分析。最后考虑风速风向联合概率分布,对风电塔筒结构风致疲劳寿命展开研究。结果表明:门洞朝向与风轮朝向的夹角变化和风速的改变均对风电塔筒的风致疲劳寿命有一定影响,其中门洞朝向与风轮朝向夹角为225°时疲劳寿命最长,风速为10~14 m/s时疲劳寿命变化幅度最大;考虑风速风向联合概率分布能更准确地计算风力机结构的风致疲劳寿命,且以此为依据对门洞朝向进行调整可延长其疲劳寿命,因此建议对风电塔架进行设计时,应考虑风电场所在地区的风速风向联合概率分布。

考虑风速风向联合分布的双坡屋面风致疲劳研究

为研究风荷载作用下大跨度低矮建筑金属屋面板的疲劳损伤分布规律,以坡度为1/60的双坡屋面建筑为研究对象,基于1975~2019年间的风速风向数据,研究了双坡屋面板50年重现期的疲劳损伤累积值。采用Gumbel分布描述日极值风速分布,混合Von Mises分布描述风向分布,并用单参数Archimedean Copula函数描述二者的相关性,得到了风速风向的联合分布;基于双坡屋面的测压风洞试验结果,考虑连续变化风速和离散风向角对疲劳寿命的影响,研究了金属屋面板的疲劳损伤累积值。结果表明:双坡屋面板疲劳损伤与主导风向、屋面位置等因素密切相关,位于主导风向处的迎风屋檐、边角等气流分离位置的疲劳损伤累积值远大于其他区域;良态风环境下,该双坡屋面金属屋面板50年风致疲劳损伤累积值最大可达0.746,风荷载可引起迎风屋檐、边角位置金属屋面板的疲劳破坏;对于金属屋面板而言,风致疲劳破坏是引发风揭事故的巨大隐患,应高度重视。

基于乘法定理和AL模型的风速风向联合概率分布的研究及应用

该文开展了风速风向联合概率分布的研究,以大理地区1971年~2017年47年间的风速日值数据资料为例,选用乘法定理和AL模型两种方法建立该地区风速风向联合概率分布。首先,对各风向以及全风向风速数据的最优概率分布进行研究;其次,分别基于谐波函数和混合von Mises分布对风向的概率密度进行拟合,并进一步基于乘法定理和Angular-Linear(AL)模型推导得出了风速风向联合概率密度函数;最后,对大理地区50年重现期内的极值风速进行预测。研究结果表明:Gumbel分布能更好地描述大理地区的风速分布规律,通过AL模型获得的风速风向联合概率密度函数明显优于基于乘法定理得到的联合概率密度函数;而忽略风向的影响将明显高估大理地区的极值风速。

基于连续型风速风向联合概率分布的风致结构疲劳分析方法研究

结合连续型风速风向联合概率密度函数和等效窄带法,推导了连续积分形式的风致结构疲劳寿命估算公式,并将其与区格离散形式的疲劳寿命估算公式做了比较。详细介绍了风速风向联合概率密度函数、风速边缘分布函数和风向边缘分布函数模型,以及模型参数的计算方法。最后选取钢天线实例工程模型,通过拟合实测风速资料,获得风速风向联合概率密度函数。再选择不同截面处关键点位置,估算出对应关键点疲劳寿命,取最小值为结构的风致疲劳寿命。结果验证了连续积分形式的疲劳寿命估算公式的合理性。

考虑风速风向联合分布的大风灾害下电力断线倒塔概率预测

针对实际线路风速与风向数据很难获取、现有大风灾害下断线倒塔概率预测误差偏高的不足,提出了考虑风速风向相关性的电力断线倒塔概率预测模型。该模型采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,计算输电线路高度各风向的有效最优概率分布类型及参数。利用输电线路风荷载模型和铁塔风荷载模型计算得到各个方向下线路和铁塔能承受的最大风速。对数值天气预报数据进行处理,采用高度修正和插值映射后的预报风速数据作为输入参数,实现线路气象数据不足时风灾下电力断线倒塔的概率高精度预测。

矮寨大桥风速风向联合分布研究

为了分析矮寨大桥的风致疲劳寿命,研究风速风向在大桥桥址处的联合分布规律。基于吉首气象站的气象资料,对数据样本进行抽样、处理,从而得到风速风向在气象站处的联合分布。假设气象站处梯度风速、风向与桥址处相同,根据矮寨大桥监测的长期风场数据得到桥址处的风剖面指数,最后换算得到矮寨大桥桥址处风速风向的联合分布函数。

基于风速风向联合分布理论的梁桥风荷载分析

由于桥梁结构通常作为一种大型结构,顺桥向与横桥向尺寸、刚度以及动力特性都存在较大的差异,所以风荷载从桥梁的不同方向作用于结构上,荷载效应会产生较大的差异。本文以风速风向联合分布法为理论基础,基于近10年来新疆木垒地区风速风向数据资料,得到采用三种不同的概率分布模型计算得到的木垒地区不同风向不同重现期内的基本风速。通过从风速风向联合分布概型进行拟合分析,通过拟合分析,在考虑风向影响下,分析了钢板组合梁风荷载的基本特点,通过分析得出不同时期下的基本风速值以及最大风速和最小风速的关系。

风速风向季节三维联合分布的平均风统计分析

由于目前结构设计中对季风的考虑欠缺,本文提出风速风向季节的三维联合分布的平均风统计分析方法.通过借鉴风电领域里成熟的平均风模型,基于最小二乘法原理并应用谐波函数拟合方法,对上海地区的平均风按季节划分进行了统计分析,解释了考虑风速风向季节三维联合分布的必要性,进一步完善结构抗风设计中对风荷载的计算.

风向风速的联合概率结构建模

风向和风速的联合分布模型是结构工程和风能研究领域的重要参数,但两者的相关性等致使模型建立困难。基于乘法定理导出离散-连续混合联合分布模型,明确各项的物理和数学意义,并指出将风向风速离散-连续混合联合分布模型与2维连续联合分布模型建立联系的可能性。以重庆市日极值风数据为对象,导出风速条件密度变换解,计算出各风向上的数值解,并与经验累积分布函数比较验证数值解的准确性;然后引入混合概率密度函数对数值解进行拟合,建立风速条件概率密度的两分量混合模型,较单一概率分布模型有明显改善;将风速条件概率密度与风向频度函数相联合即可获得风向风速的离散-连续混合联合分布模型。为建立风向风速的2维连续联合分布模型,首先由风向频度函数和风向角概率直方图之间的联系确定风向角的概率直方图,再经拟合给出风向角的混合分布模型;类似地,由曲线拟合亦可获得风速混合模型中各参数与风向角的关系式,从而建立统一的风速条件概率密度模型;将两者结合起来,即为风向风速的2维连续联合分布模型。

基于Copula函数的杭州地区多风向极值风速估计

为了合理确定建设场地的结构抗风设计风速,提出多风向极值风速估计方法.以杭州地区日极值风速风向为统计样本,采用核密度-广义帕累托混合模型来描述各风向下的极值风速边缘分布,提高了Up-crossings法估计极值风速的准确性.基于严格选择的Copula函数建立杭州地区风速风向联合分布模型.采用该联合分布模型计算得到了不同重现期下考虑风向相关性的多风向极值风速,并与不考虑风向相关性的极值风速估计值进行对比.结果表明,具有给定重现期的设计风速估计应考虑风向相关性的影响.在不考虑风向相关性的情况下,容易给出偏于风险的极值风速估计值.

总体样本风速风向联合概率分析方法

提出了针对总体样本的风速风向联合分布的实用统计分析方法。假定任意给定风向上的风速符合某一概型分布、风向间的关联以风速资料的相对发生频率反映、不同风向间的概型参数及频率分布的变化满足谐波函数,在此基础上,利用风速风向资料的总体样本可以得到一个能够反映任意方向的风速风向联合分布函数。利用澳门地区的百年风资料与某风站连续5年的风速观测记录,对该方法的可行性进行了验证。分析表明,该方法具有一定的适用性,便于结构的抗风可靠性分析,具有一定的工程应用价值。