随机脉动风场作用下大跨度网壳结构可靠度分析研究

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伴随着建筑领域技术的迭代与革新,大跨网壳结构,由于其立面形态颇具美感,在公共建筑领域获得了广泛的应用。作为一种小质量、低阻尼的结构,大跨网壳天然具有风敏感特性,容易在灾害风荷载下发生动力倒塌破坏。基于此,探究大跨度网壳在灾害风环境下的可靠性已经成为了土木工程领域的热点方向。在过往的数十年间,针对大跨网壳结构抗风可靠度,国内外学者完成了大量研究工作,并形成了前后衔接的清晰研究链条:1)随机脉动风场的生成;2)网壳结构的风振响应分析;3)网壳结构抗风可靠性的量化评估。然而,上述的研究工作仍然存在一定的不足之处:一方面,针对网壳结构所构建的风场生成与响应分析系列算法效率过低,对硬件提出了一定的挑战;另一方面,脉动风场具备显著的随机性,易与结构自身的非线性相耦合,增加了可靠性的量化评估难度。基于此,为了更加高效精确地剖析大跨度网壳在灾害风场中的可靠度,本文基于前辈学者的相关成果,进行了相应的优化改进工作,研究工作如下:(1)提出了一种平稳随机脉动风场模拟的优化方法:以经典的谱表达模型为基础,引入了新的高维正态空间选点方法,从而以少量样本,构建具有完备概率信息的随机风场。最后,选用了两个工程算例验证本文方法的高效性,结果表明:在样本数量一致的前提下,与经典谱表达和降维法相比,本文建议方法结果在精度上具备显著的优势。(2)针对大跨网壳结构中的K8网壳结构,基于随机风场的耦合特点和网壳结构的受力特性,提出了一种简化的的风振响应分析方法。以60m跨度的K8网壳为数值算例,对此简化方法的科学性进行了论证,结果表明:在不突破工程精度阈值的前提下,相较于传统方法,本文建议方法能够大幅度削减风振响应分析所需的计算量。(3)基于概率密度演化法与等价极值分布的思路,提出了普遍适用于大跨网壳结构的抗风可靠度分析方案,并以此方案作为K8网壳可靠性的量化评估手段,对K8网壳进行参数分析,探究在不同风速条件下,不同参数对K8网壳抗风可靠性的影响,为实际结构的设计施工提供重要参考和数据支撑。
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