高层建筑围护结构风压系数的概率特征及其极值POT估计

为获得高层建筑围护结构设计风荷载,通常需要考虑其表面风压系数的概率特征,进而进行极值估计。针对当前基于超越阈值模型的风压系数极值估计方法存在阈值选取困难,需要较大样本的不足,基于高层建筑标准模型进行风洞试验,首先研究其表面风压系数的概率特征,结果表明迎风区测点接近高斯分布,分离区测点风压系数母体接近Gamma分布,风压系数极小值接近GEV(general extreme value, GEV)分布;提出一种改进的POT(peak over threshold, POT)极值估计方法进行表面风压系数极值估计,进而与几种传统极值估计方法进行对比,结果表明改进POT极值估计方法可实现小样本的风压系数极值估计,其估计结果与大样本容量的标准极值偏差小于5%,且稳定性较好;最后给出了标准高层建筑模型表面极值风压系数。     

基于非高斯仿真的风压系数极值计算方法

以多变量相关非高斯过程仿真方法为基础,发展了一种基于单次采样的多变量非高斯仿真极值计算方法。首先介绍开孔屋盖的风洞试验概况和多变量相关非高斯过程仿真的基本理论,对屋盖上一组测点风压进行了非高斯仿真,结果表明基于谱修正的多变量相关非高斯过程仿真方法得到的时程在功率谱密度,相干函数,高阶矩三方面与目标值接近,仿真效果较好,然后采用经典极值理论对多次仿真的非高斯时程进行极值计算,将该方法得到的峰值因子与以往常用方法的结果进行比较,结果表明:Davenport峰值因子法高估气流分离区左偏风压的正峰值因子60%,低估负峰值因子43%;Sadek-Simiu峰值因子法低估了高峰度风压的峰值因子50%;而基于单次样本进行仿真的非高斯仿真峰值因子法,其估计的开孔屋盖的峰值因子最为准确,与观察峰值因子总体上最为接近。     

下击暴流作用下大跨平屋面的极值风压分析EI北大核心CSCD

在下击暴流风场中,大跨平屋面建筑顶部的来流分离区及尾流区域处风压具有极强的非高斯特性。基于稳态冲击射流作用下的大跨平屋面建筑刚性测压试验结果,使用高阶统计量法研究了典型径向距离处屋面风压高斯与非高斯分区特性,利用TPP法计算测点峰值因子,发现平屋面表面测点极值风压系数与建筑物离下击暴流喷口间距有密切关系,研究结果表明:在下击暴流作用下,大跨平屋面部分区域出现明显的风压非高斯特性,尤其是迎风和背风边缘区域;屋面中心区域和屋面侧边缘区域峰值因子较小,屋面峰值因子取值范围在3.99~9.29,测点峰值因子均明显大于《建筑结构荷载规范》中的取值;在不同径向距离处,极值风压系数均为负值,来流分离区域及尾流区域风压系数绝对值较大;极小值风压系数绝对值随径向距离的增加先增大再减小,在径向距离为1.25 D_(jet)时极小值风压系数绝对值出现最大值。     

基于广义极值理论的非高斯风压极值计算方法

该文从广义极值理论出发,根据观察极值的相互独立性,推导了风压时程样本的极值分布参数与样本长度之间的关系式。以对风压时程样本的合理分段为手段,给出了一种由众多子样本极值的概率分布参数推算母样本的极值期望值的估算方法。最后,基于风洞试验数据,将该文所用方法与常用极值估算方法(Davenport法、Kown-Kareem法、Sadek-Simiu法和Quan等法)的计算结果进行了比较,表明该方法能更准确地估计非高斯风压的极值。     

鞍形屋盖极值风压系数模糊聚类分区研究

以鞍形屋盖为研究对象,针对其破坏主要始于屋盖边缘等部位的现象和关于鞍形屋盖风压分区无据可循的现状,围绕鞍形屋盖风压系数分区问题,采用模糊C均值聚类根据风易损程度将鞍形屋盖表面划分为多个区域。分区过程中,针对模糊C均值聚类对初始变量具有依赖性的问题进行了改进,包括采取预先限制聚类数目最大值与采用有效性指标确定最优聚类数目的方式。基于此,给出了鞍形屋盖表面的最不利平均、极值风压系数分区图,并计算了各区域的分区风压系数。     

非高斯风压极值估计:基于无可行区限制的传递函数对比研究EI北大核心CSCD

非高斯风压的极值估计对建筑围护结构抗风设计是极其重要的。由于简便性和无可行区限制,基于矩的piecewise HPM(PHPM)、Johnson转换模型(JTM)和piecewise JTM(PJTM)常用于非高斯风压极值估计。现阶段,PJTM对非高斯风压极值的估计效果还缺乏系统的研究,且对于三种无可行区限制模型的极值估计差别尚不明确。为探明三种模型的差别,从而提供一定的选择原则,该文系统对比了三种模型估计非高斯风压极值的精度。该文从理论上对比了三种模型的母本概率密度函数和传递函数;选用超长风洞试验风压数据对三种模型估计非高斯风压极值的精度进行了评估。结果表明:PHPM对非高斯风压(负偏度)极小值的估计精度比PJTM和JTM高,PHPM和PJTM对非高斯风压(负偏度)极大值的估计精度比JTM高。     

外形几何参数对双坡低矮建筑屋盖上最不利风压系数的影响

利用作者最近开发的非高斯风压的极值计算方法对日本东京工艺大学低矮建筑气动数据库中的刚性模型测压风洞试验数据进行处理,研究了屋盖上的最不利负风压系数随建筑外形几何参数的变化规律。研究结果表明:屋盖倾角的变化对屋盖上的测点最不利负风压系数的大小和分布有重要影响。高宽比的影响相对较小,多数情况下屋盖的最不利局部风压系数基本上都是随高宽比的增大呈微弱的增加趋势。深宽比的影响最微弱,规律性也比较差。     

两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比EI北大核心CSCD

通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载,分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布,将干煤棚的体型系数与规范值进行对比,比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载,给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明:三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大,中间及背风侧负压较小;两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近;侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值,AIJ规范和EN规范的负压大于试验值,体型系数随角度变化剧烈,规范中分段体型系数表达并不合理,提出基于三角函数的体型系数拟合公式;三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型;从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。     

风屏障对平层公铁桥上列车气动特性影响的风洞试验研究EI北大核心CSCD

基于列车测压试验,以平层公铁桥梁和CRH2列车为背景,分析了风屏障对平层公铁桥上列车表面风压分布的影响,研究了有无风屏障时列车表面压力以及气动力的跨向相关性的变化规律。研究结果表明:设置风屏障后,列车迎风面与背风面、顶面和底面风压差随风屏障透风率的减小而减小,使得列车总体侧力和升力减小,风屏障透风率为20%时,列车表面脉动压力分布较均匀,有利于桥上列车运行时的安全与舒适。风屏障的防风效果不会随着风屏障高度的增加一直变好,透风率为40%时,风屏障存在一个最优高度3.5 m。风屏障透风率对列车迎风面以及顶面圆弧过渡段表面风压的影响明显大于高度。设置风屏障后,列车底面和背风面测点压力跨向相关性更好,风屏障的挡风效应增强了这两部分展向流场的一致性,使流体的脱落点更一致。随着跨向间距的增大,气动力的相关性越来越差,风屏障对气动力的跨向相关性较无风屏障时弱,设置风屏障时跨向间距超过5倍列车高,气动力完全不相关。     

地下圆形衬砌动载等效简易模型及内力极值解EI北大核心CSCD

基于能量守恒讨论动荷载的不同等效静力形式,给出地下圆形衬砌动载作用下的拟静力等效简易力学模型,基于自由变形法推导给出瞬间动载的模型内力极值理论解。对比既有地下结构衬砌顶爆及侧爆冲载的试验结果、初步考察建议模型的适用性及参数效应。对比发现,各种爆冲荷载的等效形式中,三角形荷载的等效选型结果对模型试验结果的适应性较好,初步满足解析解与数值模拟值的对比验证。模型参数效应明确,内力极值解方便工程应用。     

基于改进阈值估计和改进阈值函数的局部放电信号降噪方法EI北大核心CSCD

提出了基于改进最优阈值估计和改进阈值函数两方面优化的降噪方法。首先,针对传统阈值法估计偏大和单序列样本熵阈值法估计易陷入局部最优的问题,建立了融合噪声序列样本熵和降噪序列样本熵的综合熵模型,以综合熵曲率拐点下的阈值为优化目标,提出一种二分变步长非线性搜索方法实现最优阈值的快速估计。进一步,针对传统小波阈值函数存在重构振荡和重构偏差的问题,提出了一种融合软、硬阈值特征的改进阈值函数,通过使用平滑过渡数模型对该函数中的品质因子参数进行优化,使函数曲线在临界阈值邻域内连续平滑过渡。在高压设备局部放电超声波脉冲信号降噪应用场景中的仿真及测试试验结果表明,所提出综合熵阈值估计方法能够快速、准确地逼近最优阈值。此外,改进阈值函数兼顾了软、硬阈值函数的优点,能够抑制重构振荡和重构偏差,在保留原始信号有效信息的前提下实现对噪声的有效抑制,表现出了较好的工程应用价值。     

基于K-means聚类的风压系数快速分区方法

提出了一种基于K-means聚类的风压系数快速分区方法。K-means聚类要求事先给出聚类数目k值,在风压系数分区应用中存在局限性。采取两种措施进行改进：一是预先限制k值范围,实现所有k值下的快速聚类。二是采用有效性指标确定最佳k值。分别以平屋盖、鞍形屋盖的两种代表性来流工况为例,说明和验证了风压系数分区方法。结果表明：分区方法能很好地完成不同几何形状屋盖、不同来流工况、不同类型的风压系数分区。     

下击暴流作用下超大型冷却塔风场驱动机理与风荷载极值模型EI北大核心CSCD

风荷载是超大型冷却塔结构设计的控制荷载,现行规范风压分布模型均针对良态风气候,缺乏下击暴流等特异风作用下的风场作用机理与风荷载分布模型。首先,采用冲击射流模型和大涡模拟(large eddy simulation,LES)技术模拟下击暴流三维非定常风场,分析了涡环运动、风速变化等风场特性;然后,以内蒙金山电厂228m世界最高冷却塔为例,揭示了处于风场不同径向位置处超大型冷却塔流场特性、风压系数瞬态分布,以及升/阻力系数分布特征;最后,与规范良态风作用下的考虑极值风效应的包络风压进行对比分析。研究表明:下击暴流发生过程中会产生一系列径向移动、反向旋转的气流涡环,各径向位置处风速随之呈现波动变化趋势;涡环撞击塔筒在迎风区外表面和背风区内表面形成高压区,在塔筒内部和背风面尾流区形成漩涡;塔筒内、外表面时程风压系数脉动趋势明显,底部区域受涡环影响震荡显著;冷却塔升力系数基本为0,层平均阻力系数自塔顶沿塔高方向逐渐增大,在塔底达到最大值;涡环对冷却塔的冲击作用极有可能引起瞬时极值风荷载超出规范良态风限值,进而易引起结构的破坏。     

基于传声器阵列的低速空腔噪声控制试验研究EI北大核心CSCD

基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性,提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略,并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明:低速空腔流动噪声主要来自于剪切层与空腔后壁的相互作用;锯齿板以沿来流方向安装在前缘对空腔噪声控制效果最好,且锯齿越密集,噪声抑制效果越明显;阻挡板对空腔噪声控制效果不理想。     

基于高斯混合模型和极限状态阈值随机性的概率地震需求分析EI北大核心CSCD

传统概率地震需求分析普遍采用对数正态分布假定,且大多基于固定阈值衡量结构性能极限状态,这些简化方法很多时候与实际存在较大偏差。提出基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的概率地震需求分析法。利用多维性能极限状态方程衡量结构破坏程度。基于增量动力分析法(increment dynamic analysis,IDA)计算结构工程需求参数(engineering demand parameter,EDP),基于IDA曲线斜率划分结构阈值。不采用对数正态分布假定,利用GMM分别建立EDP和阈值的概率密度函数,将传统概率地震需求分析的三重积分拓展到五重积分,充分考虑阈值的随机性。利用蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法求解,得到结构需求年平均超越概率。分别建立某钢筋混凝土框剪和框架结构作为研究对象,以最大层间位移角(maximum inter-story drift ratio,MIDR)、最大层加速度(peak floor acceleration,PFA)作为EDP。研究表明:阈值具有较强的随机性,并且会随着破坏程度的提高而提高,忽略阈值随机性会导致结果出现较大偏差;与传统对数正态分布假定相比,基于GMM所得结构需求年平均超越概率偏小,对数正态分布假定会得到不准确的评估结果。     

基于EEMD的改进小波阈值算法在超声水表中的应用EI北大核心CSCD

针对超声水表在实际工作环境中容易受到噪声干扰从而导致计量精度下降的问题,提出了基于集合经验模态分解(EEMD)的改进小波阈值降噪算法。为了提高降噪效果,对小波阈值降噪算法进行了改进,构造了非线性阈值函数取代传统阈值函数,同时给出了一种分解尺度选择的方法。利用EEMD将流速信号分解为一系列的本征模态函数,通过改进小波阈值降噪算法对本征模态函数进行降噪处理,去除其中的噪声分量,为了验证该算法的适用性,将其与小波阈值降噪算法和时空滤波分析方法进行了比较。试验结果表明,以超声水表流速信号为降噪对象时,基于EEMD的改进小波阈值降噪算法具有较好的降噪效果。     

自适应小波阈值去噪算法在低空飞行声目标的应用EI北大核心CSCD

近年来,低空飞行声目标的探测与识别已得到军事领域的重点关注,而如何滤除信号中的背景噪声并准确保留信号的有效特征信息是该领域的一个难点。在研究小波去噪算法特点的基础上,针对低空飞行声目标信号的噪声特性,构建了一个新的阈值函数,通过自适应调整阈值函数实现在小波分解细尺度和宽尺度上对噪声信号最大限度的滤除,同时,运用香农熵理论来判断最优层数。通过大量的实验仿真验证,并与传统阈值去噪算法比较分析,结果表明该算法对去噪指标SNR有较大尺度的提高,可以更好的去除噪声,并对低空声目标信号去噪有很好的去噪效果。     

基于MC-XGBoost模型的航空发动机振动特性预测EI北大核心CSCD

为探索航空发动机高压转子组件的装配参数对整机振动响应的影响,通过不平衡响应振动方程描述了装配阶段几何偏差和不平衡偏差与振型的机理关系,提出一种基于最大相关性(maximum correlation,MC)系数与极端梯度提升(XGBoost)的改进模型,MC-XGBoost预测模型。通过MC系数筛选影响振动性能的关键参数,即最相关的几何/不平衡装配参数;代入XGBoost模型进行振动特性预测。利用试验数据对预测模型进行验证,结果表明所提出的MC-XGBoost预测模型相比于RF、GBDT算法模型,具有更高的预测精度,能够为航空发动机面向装配质量的振动特性评估提供一种有效的评价方法。     

组合复信号的相位差法频率估计EI北大核心CSCD

在随机噪声的干扰下,传统的时移相位差校正算法的抗噪声性能可通过增大时移长度来提升;然而,随机噪声的影响、谱线定位错误以及过长的时移均可能引入相位绕卷问题,从而导致较大的估计误差,这大大限制了传统算法的估计精度。针对这一问题,研究了造成相位绕卷的主要因素,并分析其对时移相位差法频率估计的影响;为进一步提高频率估计的精度,提出一种组合复信号的相位差校正法。仿真结果表明,与几种传统的相位差算法相比,组合复信号的相位差法可实现长时移下的频率估计,且具有良好的抗噪声性能。