大跨屋盖脉动风压的非高斯特性研究 (2010年)

在大跨屋盖表面局部区域，特别是迎风边缘区域和屋盖拐角区，风荷载会表现出明显的非高斯特性，如果仍采用高斯模型来描述，往往会产生较大误差。基于五种典型大跨度屋盖结构的风洞试验，对屋盖表面局部风压的高斯和非高斯特性进行了研究。首先通过对第三阶、第四阶矩统计量归纳分析，给出划分高斯区和非高斯区的标准并对大跨度屋盖进行分区；同时，运用基于k―S检验的曲线拟合方法也得到风压非高斯分区，利用分区结果，得到保证率为99．38％的峰值因子取值。将两种方法相对比，发现得出的分区结果相似：非高斯区域往往集中在来流前缘、后部尾流 ### 大跨屋盖脉动风压的非高斯特性研究 #### 摘要与背景 本文聚焦于大跨屋盖表面脉动风压的非高斯特性研究。传统风工程研究中普遍假设风荷载遵循高斯分布，但近年来的研究表明，在特定条件下（例如迎风边缘和屋盖拐角区），风荷载呈现出明显的非高斯特性。这种特性可能导致使用高斯模型描述风荷载时产生较大误差。为了更准确地理解和预测风荷载行为，本文基于五种典型的大跨度屋盖结构风洞试验，深入探讨了屋盖表面局部风压的高斯和非高斯特性。 #### 非高斯特性的研究意义 非高斯特性研究对于理解大跨屋盖的风力环境至关重要。非高斯区域的存在意味着风压分布具有不对称性，可能会出现大幅值的风压峰值。这些特性不仅能够帮助我们更好地了解屋盖周围的流场分布，而且对于制定合理的屋盖结构抗风设计标准同样重要。例如，非高斯特性可能会导致局部构件承受超出预期的负荷，从而引发损坏或失效。 #### 高斯与非高斯区域的划分 研究中采用了两种方法来划分高斯与非高斯区域： 1. **统计量分析**：通过对第三阶、第四阶矩统计量的归纳分析，提出了划分高斯区和非高斯区的标准。这种方法侧重于统计学上的特征差异，为识别不同区域提供了定量依据。 2. **基于k-S检验的曲线拟合方法**：通过k-S检验（Kolmogorov-Smirnov test）进行曲线拟合，进而得到风压非高斯分区。这种方法基于概率论原理，通过比较观测数据与理论分布之间的差异来判断风压的分布类型。 对比这两种方法的结果，发现它们得出了相似的结论：非高斯区域主要集中在来流前缘、后部尾流区以及高点角区附近。这表明无论采用哪种方法，都能有效地区分高斯与非高斯特性区域。 #### 峰值因子的确定 峰值因子是指风压时程中最大值与平均值之比，用于评估风荷载的极端情况。研究中基于分区结果，计算得到了保证率为99.38%的峰值因子取值。这一数值对于指导工程设计至关重要，因为它可以帮助工程师确定结构所需的安全裕度。 #### 研究结论与建议 - **重要性**：研究证实了在特定区域风压确实呈现非高斯特性，这对于大跨屋盖结构的设计至关重要。 - **峰值因子的调整**：鉴于非高斯区域的存在，建议适当提高我国荷载规范中的峰值因子取值，并根据不同区域的具体情况进行调整。 #### 结论 本文通过对大跨屋盖脉动风压非高斯特性的研究，揭示了在特定条件下风荷载分布的复杂性。通过对五种典型大跨度屋盖结构的风洞试验数据分析，不仅明确了高斯与非高斯区域的划分标准，还给出了适用于不同区域的峰值因子建议。这些研究成果对于优化大跨屋盖结构的设计、提高其抗风性能具有重要意义。未来的研究可以进一步探索非高斯特性在不同地理环境下的表现，以及如何更精确地模拟这些特性以支持更加精细的工程设计。