非高斯随机过程模拟及其在输电塔风灾易损性分析中的应用

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:David_Wang_GuanJun
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自然界中,有许多自然灾害,如地震、台风等,这些灾害严重威胁着结构的安全,所以在结构设计中,往往希望能够预测出结构在不同强度的灾害下的失效概率,并以此来指导结构的安全设计。这些灾害通常具备随机的特性,如地震、风、波浪等,荷载的随机性往往会使得结构的行为呈现出随机性,表现为随机的时间函数,而结构本身也存在着复杂的随机性,二者之间的随机性相互作用,会使得结构表现出更为复杂的行为,因此研究结构随机振动下的易损性问题越来越受到人们的重视。一般而言,结构的随机性可用随机变量来表达,而对于荷载的随机性,往往将之视为随机过程来处理。实际中的随机荷载往往会呈现出一定的非高斯特性,荷载的非高斯特性会使得结构的行为更为复杂,基于此,研究非高斯随机荷载对结构易损性的影响是十分有必要的。因此,本文针对这一研究内容,首先对平稳非高斯随机过程进行了研究,试图找到一种适用性更强、效率更高的模拟方法。此外,考虑荷载的非高斯性,对结构进行易损性分析,分析荷载的非高斯对结构易损性带来的影响,结合现有易损性分析方法,发展出非高斯激励下的易损性分析方法。最后,将之应用至输电塔线体系的非高斯风荷载下的易损性研究中。文本主要内容包括:(1)非高斯随机过程模拟方法研究。为找到适用性更强,效率更高的非高斯随机过程模拟方法,基于Mehler公式的数值方法求解等效相关系数,结合样条插值理论,发展出了一种高效的等效相关系数求解技术。基于FMKL广义lambda分布,建立一种新的非高斯随机过程模拟的转换关系,该转换关系适用范围广、系统单一、适用性强。结合这两者提出了一种高效精确的非高斯随机模拟方法,并将之拓展至多变量非高斯随机过程模拟中。(2)非高斯激励下的结构易损性分析。基于现有的易损性分析方法,结合本文提出的随机过程模拟方法,发展出了非高斯激励下的易损性分析方法。并以一简单钢框架为例,分析结构随机性、不同的非高斯特性对结构易损性的影响。说明了考虑荷载非高斯特性对结构易损性分析的必要性。(3)特高压输电塔在非高斯风荷载作用下的随机风振响应及易损性分析。针对某一实际的输电塔线体系,建立有限元模型,分析了其在考虑非高斯特性的风荷载作用下的随机风振响应,以塔尖位移作为性能指标,采用基于性能的线性拟合法对其进行易损性分析,为输电塔线体系的易损性研究提供了一种新思路。
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