风荷载及构件抗力的概率模型研究

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1、风荷载及构件抗力的概率模型研究：结构荷载和构件抗力的概率模型分析是结构可靠度分析的两个基本点，是后续分析的前提。本文通过研究风荷载和塔架构件强度的概率模型与统计参数，得出许多因素对塔材产生影响，这些影响因素之间是互相独立的，并没有一种因素在其中起主导作用，而是所有独立因素的某种线性叠加。　　关键词：风荷载输电塔构件抗力概率模型　　：TK223.1：A：　　Abstract:Structureloadandtheprobabilitymodelofponentresistanceanalysisisstructure

2、reliabilityanalysisoftise.Andforlargetransmissiontopact,thispaper,throughstudyingtheodelandstatisticalparameters,manyfactorsthatinfluenceoftoaterials,thesefactorsisindependentofeachotherbetelinearsuperpositionisadoptedinthispaper,asimpleparisonofnormaldistribu

3、tion.　　Keyissiontoodel1近地风的特性　　风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性，从而在地球相同高度的两点之间产生压力差，这样，在不同压力差的地区产生了趋于平衡的空气流动，就形成了风。从实测记录可以看出，可将风速看作为由两部分组成：第一部分是长周期部分，其周期大小一般在10min以上，称为平均风；另一部分是短周期部分，是在平均风基础上的波动，其周期常常只有几秒至几十秒，称为脉动风。平均风的变化周期远离一般结构物的自振周期，对结构的作用属于静力作用。而脉动风的变化周

4、期则与结构物的自振周期较为接近，对结构的作用属于随机的动力作用。风对结构的作用作为静力风和动力风的共同作用，是一个随机作用[1]。　　1.1平均风描述　　地面的摩擦对空气水平运动产生阻力，从而使气流速度减慢。该阻力对气流的作用随高度的增加而减弱，当超过了某一高度之后，就可以忽略这种地面摩擦的影响，气流将沿等压线以梯度风速流动，称这一高度为大气边界层高度。在边界层以上的大气称为自由大气，边界层以下的平均风速沿高度变化可以用指数率和对数率描述，本文采用指数率[2]。　　(1.1)　　式中、——标准参考高度（国内规范取1

5、0m）和标准参考高度处的平均风速；　　、——任一高度和任一高度处的平均风速；　　——地面粗糙度指数。　　我国荷载规范[3]规定了按四类地面粗糙度类别和对应的梯度风高度及指数确定平均风剖面，作为土木工程抗风设计的依据。四类地面粗糙度类别的划分、对应的梯度风高度及指数见表1.1。　　　　　　　　1.2脉动风描述　　脉动风速是具有零均值的随机变量，可以用其湍流特性和概率特性来描述，具体可以分为湍流强度、湍流积分尺度、脉动风的风速谱和相干函数[4]。　　①湍流强度（Turbulenceintensity）　　描述大气湍流的

6、最简单参数是湍流强度，而其在顺风向（纵向）分量比其它　　两个分量大，根据风速仪记录的统计表明，脉动风速均方根与平均风速　　成比例，因此，定义某一高度z的顺　　风向湍流强度I（z）为　　(1.2)　　②湍流积分尺度（Turbulenceintegrallength）　　湍流积分尺度又称湍流长度尺度。通过某一点气流中的速度脉动，可以认为是由平均风所输运的一些理想涡旋叠加而引起的，若定义涡旋的波长就是漩涡大小的量度，湍流积分尺度则是气流中湍流涡旋平均尺寸的量度。　　湍流积分尺度的公式为：　　(1.3)　　式中是两个纵向（

7、顺风向）速度风量的互协方差函数，是的均方根值。　　③脉动风速谱（Pulsation）　　许多风工程专家对水平风功率谱进行了研究，得出了不同形式的风速谱表达式，其中最著名和应用较为广泛的是加拿大的A.G.达文波特（A.G..Davenport）脉动风速谱。他根据世界上不同地点、不同高度实测得到90多次的强风记录，并假定水平阵风谱中的湍流积分尺度L沿高度不变，得出了经验的数学表达式如下：　　(1.4)　　式中，k是与地面粗糙度有关的系数，n是频率。此外，较为著名的还有日本盐谷、新井（Hino）谱、卡曼（Kaimal）谱

8、、哈里斯（Harris）谱、卡门（Karman）谱。　　④脉动风空间相关性（Fluctuatingofmaximumaldistribution）。目前，大多数国家采用极值Ⅰ型概率分布函数，如中国、加拿大、美国和欧洲钢结构协会等。　　①极值Ⅰ型分布：极值Ⅰ型分布又称为耿贝尔(Gumbel)分布，其表达式为　　(2.4)　　式中，分别称为位置参数和尺度参数，它