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1、第卷第期土木工程学报年月高耸结构在风荷载作用下的动力可靠性分析李桂青曹宏武汉工业大学。【提要】本文研究在平均风压和脉动风压共同作用下高耸结构动力可靠性的分析方法,。最提出了计算结构的年破坏概率与使用期限内破坏概率的整套公式并考虑了风向的影响,应,后用本文提出的公式用泊松过程法和数值模拟法计算了武汉电视塔主体结构的动力可,并讨论,。靠性了风向对其动力可靠性的影响得到一些有实际意义的结论、一引言。结构动力可靠性理论是一门新发展起来的结构动力学分支它用结构动力学和概率论相,,结合的方法研究结构承受随机动力荷载作用时在给定的一段时间通常为使用期限内。不发生破坏或失效的概率,,从上
2、述定义可知结构动力可靠性必须涉及结构的破坏机理与机制结。构系统或其参数的统计识别荷载的统计特性动力反应的概率分析因,。此结构动力可靠性分析是一个十分复杂的问题国外在此领域的研究虽有四十余年的历,,仁‘’。史但在首次超越破坏机制方面还仅限于讨论线性或非线性单自由度体系问题。,本文讨论高耸结构在风荷载作用下的动力可靠性分析问题众所周知风荷载通常可分,‘“’。解为二部分即平均风压与脉动风压平均风压为一定时距我国规定为分钟内年最,,大平均风速所对应的最大平均风压按随机变量作统计分析脉动风压则为随机过程一般。,按平稳过程作统计分析平均风压对一般结构的作用可视为静力荷载但有时也可能激
3、起圆。柱形高耸结构沿垂直于风向的强烈振动本文不拟讨论脉动风压对结构的作用则属于随,。机振动问题需用随机过程理论进行分析本文建立了在平均风压和脉动风压共同作用下结构的动力可靠性计算公式讨论了年最,大风速及脉动风压的数理统计方法对武汉电视塔主体结构在风荷载作用下的动力可靠性进。行了计算、二风荷载作用下结构动力可靠性的分析方法,为简化计算采用以下基本假定,一标谁高度的年最大平均风速为伯努利实验、二结构的刚度强度不随时间变化,,三结构控制点的反应首次超越某界限值即发生破坏。四不同方向的结构破坏事件是彼此独立发生的、,在基本假定一二成立的前提下在年内结构在平均风压和脉动风压共同作,
4、用下不发生破坏的概率结构的动力可靠性为—,,〕望尸,,,式中为结构在一年内不发生破坏或失效的概率称为年动力可靠性其一般计算公式为,·。犷。。“,,犷犷,“,厂‘,犷,犷。式中为标准高度年最大平均风速的概率密度而赵盯为当平均风速为。,。时结构的反应内力或位移不超过界限值的概率,,,式的积分是很复杂的因此为简化计算可将式写成离散形式,二‘一。一,艺犷厂〔犷犷〕式中为犷的概率分布函数,犷是不考虑,按我国现行风荷载规范风向的年最大平均风速的概率密度因而由此,。推出的具有一定保证率的年最大平均风速是偏高的通常偏高当需考虑风向对,,结构反应的影响时按假设则有,,·,“’尸。,。,仍由
5、式或,式定义只是其中犷或式中为方向的动力可靠性,。二、犷应为方向的标谁高度年最大平均风速而尸中的结构内力和界限值也分别换,、。,。,成方向的相应值,。,值得指出假定通常是不成立的但由于在结构设计中一般仅考虑彼此垂直的二个,,主轴方向〔即式中的取」的风荷载且假定偏于安全一面故本文还是采用了这。一简化假定,。。在式中尸的计算是很复杂的为平均风压所产生的静力反应值内力或。,。,二位移和脉动风压所产生的动力反应值的叠加显然当》时则只有在。,尸才是结构在荷载厂厂、。,二即寸作用下的动力可靠性这时与脉动风压的持续时。间有关,犷厂、二,二,犷‘,。。〔》一一。一。门《《《〕,通常结构本
6、身的随机性远小于风荷载的随机性在结构的动力可靠性分析中一般不予考。虑、三风荷载的统计一平均风速及平均风压的统计,标准高度年最大平均风速的统计方法甚多本文采用文献〔〕提出的极值分布的尺度变。,换法这种方法既考虑了年最大平均风速为极值随机变量的特点又弥补了极值分布法和一’。般尺度变换法各自的一些缺点该法假设标准高度年最大平均风速的概率分布为厂仁一一〕式中定义为〔二厂一。,。。。,。式中,为参数在区戈犷叫中取值犷为最大风速的最小值,,宜取,,则由最小二乘法确定即解下列方程组、,‘厂‘一二‘艺艺习公艺一之落‘卫‘‘一,·一犷一犷,一厂,‘犷“卜犷,客客意客‘一‘一·‘一“一‘‘厂
7、,一厂‘犷“,一厂,“乡点客‘一艺厂吞韶、。式中采用的数据为标谁高度分钟的最大平均风速,犷‘,,,在上述统计公式中若为方向的年最大平均风速则所求得的分布为方向的年。‘,最大平均风速的概率分布若犷是所有凤向中最大年平均风速则所求得的分布即为不考。虑风向影响的年最大平均风速的概率分布,假设年最大平均风速具有独立重复试验性质用本文方法及耿贝尔法计、,。算武汉地区年年及年一遇的标准高度年最大平均风速如表所示表‘比。,。、、。、。小风,,、。‘,、’呀‘’‘’‘‘”’叮还勺肠八目刀、,一、、。‘“,‘,。。‘‘“‘‘‘“““匕一拐保证率
