土木工程畢業(yè)答辯ppt課件

1、 *大學(xué)論文框架論文框架緒論高層建筑風(fēng)致呼應(yīng)分析高層建筑風(fēng)致加速度呼應(yīng)重現(xiàn)期分析高層建筑風(fēng)致加速度呼應(yīng)動力可靠度計(jì)算結(jié)論與展望匯報(bào)流程匯報(bào)流程研討背景與意義研討背景與意義 課題方向課題方向 論文要點(diǎn)論文要點(diǎn) 結(jié)論結(jié)論1234研討背景與意義研討背景與意義 高層建筑開展迅速，如廣州西塔 432m，京基金融中心439m, 廣州塔600m，北京、上海、天津、 香港、臺灣等許多城市均是如此。高層建筑共同特點(diǎn)：質(zhì)量輕，柔性大，阻尼小， 自振頻率較低因此，風(fēng)荷載在高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中往往起控制造用。研討背景與意義研討背景與意義風(fēng)荷載風(fēng)壓風(fēng)速高層建筑玻璃幕墻被強(qiáng)風(fēng)損壞表示圖 風(fēng)荷載對高層建筑的作用不至于發(fā)生倒塌

2、破壞，通常對圍護(hù)構(gòu)造有嚴(yán)重破壞及超限擺動，影響構(gòu)造的平安性和溫馨性。研討背景與意義研討背景與意義風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布方法1 1隨機(jī)過程極值超越法隨機(jī)過程極值超越法2 2年最大風(fēng)作用時序法年最大風(fēng)作用時序法3 3聯(lián)合分布概率型方法聯(lián)合分布概率型方法隨機(jī)過程極值超越法年最大風(fēng)作用時序法聯(lián)合分布概率型方法平均風(fēng)速看作具有速度大小、方向的一種二維平穩(wěn)隨機(jī)矢量過程。將風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換成風(fēng)作用的系數(shù)和風(fēng)速（大小和方向）的關(guān)系式。構(gòu)造風(fēng)向頻度函數(shù)與各風(fēng)向角下風(fēng)速分布函數(shù)的乘積的條件概率分布模型。理論完善，實(shí)踐很難做到連續(xù)忽略氣動彈性影響，且多用于颶風(fēng)易發(fā)區(qū)。原理簡單，使用方便，但風(fēng)速大小和方向分離，且通常離散化。國外

3、研究較多，Davenport教授國外有部分研究國內(nèi)有部分研究，建立較完善分布模型課題方向課題方向? 上述3種方法，均思索風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布作用，用來處理哪些工程問題。高層建筑平安性溫馨度通常滿足要求溫馨度評判規(guī)范：10 年一遇的風(fēng)荷載規(guī)范值作用下，構(gòu)造頂部最大加速度應(yīng)滿足下表使用功能最大加速度住宅、公寓0.15m/s2 (15gal)辦公、旅館0.25m/s2 (25gal)maxa課題方向課題方向高層建筑構(gòu)造滿足溫馨度要求思索風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布重現(xiàn)期分析可靠度計(jì)算隨機(jī)過程極值超越法結(jié)合分布概率型方法論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)構(gòu)建加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式構(gòu)建加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式風(fēng)致加速度呼應(yīng)重現(xiàn)期分析風(fēng)

4、致加速度呼應(yīng)重現(xiàn)期分析風(fēng)致加速度呼應(yīng)動力可靠度計(jì)算風(fēng)致加速度呼應(yīng)動力可靠度計(jì)算123論文要點(diǎn)論文要點(diǎn) 高層建筑以廣州西塔 為工程背景，廣州西塔 地下4層，地上103層，高432米。簡化為102個質(zhì)點(diǎn)，306個自在度。有限元模型:分析得到質(zhì)量矩陣M、及構(gòu)造前6階自振頻率和振型f1f2f3f4f5f6自振頻率0.12770.13230.35980.4540.45880.83801f2f3f4f5f6f論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)X向(304) Y向(305)Z向(306)一階振型-0.00056-0.00351-3.5856e-7二階振型 0.003515-0.00057-5.8048e-7三階振型5.27e

5、-5-0.000110.00013387四階振型-0.00319-0.0029-3.1662e-7五階振型 0.002952-0.00318-5.1223e-6六階振型 0.000791-0.001070.00020957風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)：在汕頭大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)向角以10為間隔，經(jīng)過測壓、測力及風(fēng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)獲得36個風(fēng)向角下建筑物的時程荷載。論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)廣州西塔風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?O y x 風(fēng)向 測壓實(shí)驗(yàn)參考坐標(biāo)系初始方向X軸為0度風(fēng)向角，逆時針旋轉(zhuǎn)。本文分析時將全風(fēng)向分為8個風(fēng)向角，正東方向X軸為0度風(fēng)向角，逆時針旋轉(zhuǎn)，其中45度、度、225度、315度風(fēng)向角對應(yīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中40度、130度、220度

6、、310度數(shù)據(jù)。論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)1構(gòu)建加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式構(gòu)建加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式多自在度構(gòu)造體系的運(yùn)動方程： ( ) ( ) ( ) ( )My tCy tKy tP t根據(jù)位移振型分解法，構(gòu)造位移可以表示為：(1-1)11221 ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )nnnjjjy tq tq tq tq tq t (1-2)將式1- 1代入式1- 2，并左乘 ，得到廣義坐標(biāo)下的運(yùn)動方程： T* ( ) ( ) ( )( )Mq tCq tKq tP t(1-3)對于第 階振型，廣義坐標(biāo)下的運(yùn)動方程為：j*( )( )( )( )jjjjjjjm q tc q tk q tP

7、t(1-4)論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為：2( )2( )( )( )jjjjjjjq tq tq tF t (1-5)根據(jù)維納辛欽關(guān)系式便可得到模態(tài)力功率譜：*1( )( )211 ( ) 21 ( ) jkjkiF FF FTijPPkjkTjPPkjkSRedRedm mSm m 模態(tài)位移呼應(yīng)譜可由模態(tài)力譜計(jì)算：(1-6)(1-7)2( )( )()()( )|( )|jjjjjjq qF FjjF FjSSHiH iSH論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)第j階振型下頻響函數(shù)：21( )jjjjHkmi c(1-8) 21( )H f()f Hz1f411(2)f42111(2) (2 )f第一階頻響函數(shù)

8、模的曲線對于頻響函數(shù)模的曲線，可以分為三段來思索，以第一階為例：1、第1段，1102ff224211111( )Hkm2、第2段，111122fff 21224221111111( )(2)(2)Hkm3、第3段，趨于0，忽略論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)根據(jù)式1-7及頻響函數(shù)，可知模態(tài)呼應(yīng)譜可表示為：1 11 11 114111421111( )(0)2( )111( )()(2)22 F Fq qF FSfffSfSffff 1 121( )( )FFSf H f( )f H z(1 )(2) (3)第一階模態(tài)呼應(yīng)譜曲線對構(gòu)造模態(tài)位移的呼應(yīng)功率譜積分，得到模態(tài)位移呼應(yīng)均方根：11 11,11,22222

9、10( )( )qF FfqqSfHd第1段，背景呼應(yīng)第2段，共振呼應(yīng)論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)同理可得模態(tài)加速度呼應(yīng)均方根：11,11,21 11 1222441143011111(2)( )(2)()8 qqqF FfF FfSf dfSf加速度呼應(yīng)的均值為零，對于背景呼應(yīng)可以忽略，于是可得第一階，不失普通性模態(tài)加速度均方根呼應(yīng)為：2()4jjjjqF FjjfSf jVfBBHVffSjFF225 . 0無量綱化處置2220.54jjjjqjf BV BHV論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)221()jnajxqjH 對于廣州西塔工程，風(fēng)振加速度呼應(yīng)的前2階模態(tài)呼應(yīng)足以滿足計(jì)算要求。構(gòu)造頂部截面質(zhì)心處x方向加速度呼

10、應(yīng)的表達(dá)式：2122222111212222221max.21214VBfHVBfHBHVgHHgaxxqxqxx本文計(jì)算構(gòu)造頂部在質(zhì)心處加速度呼應(yīng)時，以X方向?yàn)槔?，同理可得Y方向表達(dá)式，不在論述。論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)式中 和 為需求擬合的參數(shù) jVfBBHVffSjFF225 . 0 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)可得10年、50年、100年重現(xiàn)期時程荷載，因此，分別進(jìn)展擬合，參數(shù)結(jié)果取加權(quán)平均。0.20.250.30.350.40.450.50.550.60.6500.511.522.533.54x 10-8f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20.20.250.30.350.40.450.

11、50.550.60.650123456x 10-9f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20度風(fēng)向角45度風(fēng)向角10年重現(xiàn)期一階振型論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)0.20.250.30.350.40.450.50.550.60.6500.511.522.533.54x 10-9f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20.20.250.30.350.40.450.50.550.60.6501234567x 10-9f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20.20.250.30.350.40.450.50.550.60.65012345678x

12、10-8f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650123456789x 10-9f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)245度風(fēng)向角0度風(fēng)向角0度風(fēng)向角45度風(fēng)向角10年重現(xiàn)期 二階振型50年重現(xiàn)期一階振型論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)0.20.250.30.350.40.450.50.5501234567x 10-8f*B/V (Hz)f*SFF/(0.5*g*V2*H*B)20.20.250.30.350.40.450.50.550123456789x 10-9f*B/V (Hz)f*SFF

13、/(0.5*g*V2*H*B)20度風(fēng)向角45度風(fēng)向角100年重現(xiàn)期 一階振型0度45度90度135度180度225度270度315度 3.64e-111.62e-11 2.27e-12 5.98e-12 3.15e-11 9.08e-12 1.29e-11 2.37e-11-4.5326-4.0242-3.6216-5.0474-2.7500-3.8587-2.0925-2.3575一階振型下參數(shù)加權(quán)平均后 和 論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)2風(fēng)致加速度呼應(yīng)重現(xiàn)期分析風(fēng)致加速度呼應(yīng)重現(xiàn)期分析1、隨機(jī)過程極值超越實(shí)際Davenport 年超越概率 與風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布密度函數(shù) 關(guān)系表達(dá)如下： xNxxxP,

14、202020,xdxxpxxdxxpxdtxdxdxxpxNx平穩(wěn)隨機(jī)過程中， 和 相互獨(dú)立，把 看作高斯分布，那么x(V、)xx xPxPxxP,20 xxdxPx論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)又統(tǒng)計(jì)頻率(年循環(huán)率)被定義為xx21那么年超越概率： dvpdvdvxNvxx,12120211風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布概率密度函數(shù)滿足溫馨度要求對應(yīng)的限值風(fēng)速由前述風(fēng)致加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式確定，即論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)2122222111212222221max.21214VBfHVBfHBHVgHHgaxxqxqxx溫馨度判別規(guī)范：a=0.25m/s,1vpv中V服從weibull分布廣州站氣候分析報(bào)告 KCVKvCV

15、CKAvp/1,實(shí)踐工程分析中做不到延續(xù)化，本文將全風(fēng)向離散化為8個風(fēng)向角，因此假定：論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)18個風(fēng)向角中相鄰兩風(fēng)向角之 間風(fēng)速成線性變化；28個風(fēng)向角中每個風(fēng)向角在順 逆/4弧度內(nèi)風(fēng)向頻率不變。風(fēng)向角0度 45度90度135度 180度 225度 270度 315度風(fēng)向頻率 14.69.831.77.32.42.49.822.0 A各風(fēng)向角風(fēng)向頻率風(fēng)向角0度45度90度135度180度225度270度315度尺度參數(shù)C9.78.510.57.46.56.67.59.2形狀參數(shù)K2.11.52.61.81.54.12.52.4Weibull分布參數(shù)論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)風(fēng)向角0度45度90

16、度135度180度225度270度315度超越概率0.0064 0.0522 0.00378.3e-44.9e-6 2.1e-6 1.7e-5 6.4e-5確定各風(fēng)向角下年超越概率，及全風(fēng)向年超越概率,81VNVNii全風(fēng)向年超越概率：N(V,)=0.062 重現(xiàn)期為 13.16111xNxRxx年論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)2、閱歷公式法Emil Simiu cRWNcBcAvsVNv11ln 2/121211cccA ccB1 Emil Simiu和Toshio Miyata給出了風(fēng)速服從Weibull 分布的重現(xiàn)期計(jì)算公式N年重現(xiàn)期10米高度平均風(fēng)速，可由風(fēng)致構(gòu)造加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式確定，然后換

17、算到10米高風(fēng)速論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)3、結(jié)果對比經(jīng)驗(yàn)公式法規(guī)范隨機(jī)過程理論法風(fēng)速15.022.015.824.3超越概率0.062折減系數(shù)0.950.720.950.95重現(xiàn)期9.06 13.81 11.01 958.31016.13對比隨機(jī)過程極值超越法：風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布閱歷公式法：不思索風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布規(guī)范氣候報(bào)告10年、43年重現(xiàn)期風(fēng)速計(jì)算得限值風(fēng)速45度、180度論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)風(fēng)致加速度呼應(yīng)動力可靠度計(jì)算風(fēng)致加速度呼應(yīng)動力可靠度計(jì)算3 |882211fPAfPAfPAfP 結(jié)合分布概率型方法：采用條件 概率分布的方式確定風(fēng)速風(fēng)向結(jié)合分布滿足溫馨度要求的失效概率。假定： 8個風(fēng)向角中每個風(fēng)

18、向角在順逆/4弧度內(nèi)的風(fēng)向頻率和失效概率一樣。驗(yàn)算點(diǎn)法當(dāng)量正態(tài)化 論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)建立構(gòu)造功能函數(shù)： saaZ 可由前述風(fēng)致加速度呼應(yīng)與風(fēng)速的關(guān)系式確定，那么極限形狀方程：04-25. 0Z212222211121221VBfHVBfHBHVg可靠度計(jì)算工況1：工況2：風(fēng)速V是獨(dú)一變量風(fēng)速V，阻尼比 均是變量阻尼比取值：1%阻尼比均值：1% 規(guī)范差：0.5%論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)VVVcosV1VVVVFVu2/122cosPvPvPvgvgvg)(1VfVFVVV驗(yàn)算點(diǎn)法：當(dāng)量正態(tài)化：聯(lián)立上述5個式子迭代計(jì)算可確定構(gòu)造可靠目的及失效概率，結(jié)果如下表。論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)-30-20-100102030

19、405000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1v(m/s)f(v)fv-weibull分 布fv-正 態(tài) 分 布V*=37.148fv(weibull)=fv(正 態(tài) 分 布 )Fv(weibull)=Fv(正 態(tài) 分 布 )0度風(fēng)向角設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)風(fēng)向角0度45度90度135度180度225度270度315度5.3213.5525.4745.6086.9067.6596.2415.8255.159e-81.912e-42.199e-81.023 e-82.492e-129.369e-142.174e-102.855e-9 fP工況1結(jié)合風(fēng)向頻率，得全風(fēng)向失效概率： 5-1.875efP論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)風(fēng)速V、阻尼比 為隨機(jī)變量阻尼比均值：1% 規(guī)范差：0.5%風(fēng)向角0度45度90度135度180度225度270度315度5.3213.5525.4745.6086.9067.6596.24