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1、高耸结构在风荷载作用下的可靠性分析瞿伟廉欧进萍李桂青武汉建材学院建工系【提要】本文在按风荷载最本质的工程特征进行风荷载等级划分的基础上,提出了风荷载。作用下高耸结构体系可靠性分析的基本方法初步解决了高耸结构在风荷载作用下安全使用概率。的计算问题一、引言,风是高耸结构的主要设计荷载在非地震区风所引起的结构反应对高耸结构的破坏能起。,,主要的作用因此为了了解非地震区高耸结构在使用年限内的安全度研究风荷载作用下。高耸结构的可靠性是十分必要的,本文在按风荷载最本质的工程特征进行风荷载等级划分的基础上提出了高耸结构体系。在风荷载作用下可靠性分析的基本方法,文中根据给定地区各等级年最大风荷载作用的频度
2、建立了各等级年最大风荷载发生次。,数的概率函数并在把脉动风模拟为高斯平稳随机过程以结构的第一振型作为出发点的基,。础上提出了结构在各等级年最大风荷载作用下连续工作概率的计算方法,据此本文在计人所有等级年最大风荷载发生次数的概率和结构连续工作概率的基础,。上得到了高耸结构体系在风荷载作用下可靠性的计算公式初步解决了高耸结构在风荷载。作用下安全使用概率的计算问题二、结构可靠性函数的基本公式所谓结构在风荷载作用下的可靠性是指风荷载作用下结构体系在使用年限内的安全概。率根据高耸结构各高度处的平均风压和脉动风压都是标谁高度平均风速随机变量单调增加的函,‘趾一,,⋯,饥,数若将风荷载按标准高度年最大平
3、均风速来划分饥个等级,并假设各等级的年最大风荷载的发生彼此独立那末在风荷载作用下高耸结构体系在使用年限内的安全概率的基本公式为,一,七··叱,·、,一。,丘卜点卜,式中是规定的使用年限‘、侧为发生一次等级的年最大风荷载时结构体系连续工作的概率。‘,。。为年内发生次等级年最大风荷载的概率,由于本文是按标准高度年最大平均风速来划分等级各等级年最大风荷载的发生具有独,因、立重复试验性质此可以认为在年中等级年最大风荷载发生次的概率符合二项式分布。、,’毕、一“一,,,乃一⋯、、。式中为给定地区等级年最大风荷载作用的频度三、各等级年最大风荷载参数的确定,、,为了求得结构在使用年限内的安全概率对每一个
4、等级的风荷载其主要的参数是频、、、、,。度平均风压和脉动风压谱密度、、一等级年最大风荷载作用的频度的确定‘所谓等级年最大风荷载作用的频度是指确定的地点单位年中发生标准高度年最大平均、。风速为等级的年最大风荷载的概率,根据本文作者之一过去所做的大量的统计分析可知可以取极值对数分布曲线作为标准。高度年最大平均风速的统计概率密度函数其表达式为、。。飞,。,二一一一乙一一一一乙一。,乙,可其中为两个待定常数由下列公式确定““。。一长一一茸少‘了、。一。一,‘一王以。式中为标谁高度年最大平均风速的统计均值为标准高度年最大平均风速的统计均方差。才〕。。现若把上述概率密度函数沿分成二个一,六、瓦一,,⋯
5、,,赚等级则相应每一个等级的标准高度年最大平均风速为图年最大风速统计概率密度,。一广一‘十才、相应等级年最大风荷载作用的频度为,’舒、。一,丽“护’,一今二、、的等级年最大风荷载平均风压确定由平均风压和标谁高度平均风速的关系显然可得只下二,‘、·’二一凡‘匕七又““仁‘丈“雨下,,式中为空气容重和重力加速度,为风载体型系数二。丸为风压高度变化系数三等级年最大风荷载脉动风压谱密度的确定,、由根据实测结果对风速谱的研究可知相应等级脉动凤压的谱密度为泥、、‘”,、。十‘‘。泛。一“,儿式中会为频引沈一一。一一、、。卜」为。密度系数嘿洽,。为与地面粗糙度有关的系数对指定的地点是唯一确定的、四高耸结
6、构体系在阵风持续时间中连续工作概率的确定、由于在任意等级年最大风荷载作用下结构的反应是由平均风及其它静力荷载引起的结构静力反应和脉动风引起的围绕结构静力平衡位置的振动反应所迭加而成。因此在研究结构。体系在阵风持续时间中的连续工作概率时必须同时考虑这两部分的效应、,,在等级年最大风荷载作用下如果结构体系的静力反应已经超过它的破坏界限则结,、。构尚未开始振动体系就已破坏因此这时有一如果结构体系的静力反应没有超过,。界限那结构就将在脉动风的激励下作随机振动这时结构体系的连续工作概率就是在阵风,即持续时间内结构不发生破坏的概率动力可靠性、,‘。式中为阵风作用持续时间以秒为单位一基本假定,脉动风模型
7、根据对阵风大量实测统计分析的结果及离散化的原理现假设脉动风压为具有零均值的高斯平稳随机过程脉动风压均集聚在结构的质点上,上仅计入脉动风上下相关性的影响下相侣尸户。关性系数为丈,、。下石一一一只,兄。眯式中为风力作用的上下两点间的距离召白结构计算模型将高耸结构简化为具有集中质图结构计算简图。。量的多自由度悬臂杆体系其计算简图见图,结构振型的影响由于阵风的卓越周期远大于结构的自振周期对大部分高耸结构来,因说风振中高振型的影响
