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随着当今社会的迅速发展,同时为了更满足人民群众的出行需要,复杂山区风环境下的桥梁数量将会迅速增多。在复杂风环境下,由于桥梁结构的刚度会随着跨径的增大而减小的,所以结构对风的响应将会越来越敏感,桥梁结构的可靠度将越来越受到设计师和人们的关注。但是多数学者在研究脉动风时,常常把脉动风模拟为平稳随机风场,在实际情况中是不适合的。根据有关实测数据,在复杂风环境下,尤其是强风作用时,脉动风为非平稳非高斯的随机风场。因此,非平稳脉动风速对结构产生的响应和结构动力可靠度的影响便成为了一项重要的研究课题,并且大多学者在计算结构动力可靠度时,同样将位移响应值当做是高斯平稳随机样本进行计算,这是不合理的。所以,本文基于一种首次超越概率机制的动力可靠度的计算方法,对非平稳脉动风速作用下大跨悬索桥的结构抖振动力响应,进行可靠度的计算分析,本文的具体工作如下:
(1)研究可靠度的计算方法,对首次超越概率的破坏准则和破坏机制进行选取,深入了解首次超越概率机制的交差速率,为之后分析打下基础;基于谐波合成法模拟出平稳随机风场,再根据演变谱理论对平稳随机风场进行调制,形成非平稳的风速样本,然后通过游程检验法进行样本数据的非平稳性检测,之后对实测风速样本进行小波分析,分离得到时变平均风和脉动风,对实测脉动风和脉动风速模型进行谱分析,与相应规范谱对比,检验其合理性;对模拟出的风速样本进行风速荷载化,得到施加在桥梁主梁节点上的荷载时程值,根据有限元软件求解得出位移响应时程,同样利用游程检测法进行位移时程检测,最后对位移响应值进行分析。
(2)对计算得出非平稳非高斯位移响应时程进行结构可靠性分析,基于首次超越概率机制,对位移时程样本的非平稳性和非高斯性进行不同方法的数据处理,再与平稳风速计算获得的位移时程可靠度结果进行对比,分析出由平稳风速计算的可靠度,与非平稳非高斯随机样本转换获得的可靠度计算结果对比偏大,在实际工程中若继续将风速考虑为平稳随机风场,将高估对工程的安全储备,并不合适,同时对非平稳风速的风攻角和调制函数进行参数化分析,发现随着风攻角的增大各节点可靠度都有一定程度的减小,调制函数随着参数α变化,可靠度没有明显变化,但是随着参数β的增大,可靠度也会增大。
(1)研究可靠度的计算方法,对首次超越概率的破坏准则和破坏机制进行选取,深入了解首次超越概率机制的交差速率,为之后分析打下基础;基于谐波合成法模拟出平稳随机风场,再根据演变谱理论对平稳随机风场进行调制,形成非平稳的风速样本,然后通过游程检验法进行样本数据的非平稳性检测,之后对实测风速样本进行小波分析,分离得到时变平均风和脉动风,对实测脉动风和脉动风速模型进行谱分析,与相应规范谱对比,检验其合理性;对模拟出的风速样本进行风速荷载化,得到施加在桥梁主梁节点上的荷载时程值,根据有限元软件求解得出位移响应时程,同样利用游程检测法进行位移时程检测,最后对位移响应值进行分析。
(2)对计算得出非平稳非高斯位移响应时程进行结构可靠性分析,基于首次超越概率机制,对位移时程样本的非平稳性和非高斯性进行不同方法的数据处理,再与平稳风速计算获得的位移时程可靠度结果进行对比,分析出由平稳风速计算的可靠度,与非平稳非高斯随机样本转换获得的可靠度计算结果对比偏大,在实际工程中若继续将风速考虑为平稳随机风场,将高估对工程的安全储备,并不合适,同时对非平稳风速的风攻角和调制函数进行参数化分析,发现随着风攻角的增大各节点可靠度都有一定程度的减小,调制函数随着参数α变化,可靠度没有明显变化,但是随着参数β的增大,可靠度也会增大。