小型低矮建筑群风干扰效应及极值风荷载机器学习预测方法研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruiye
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
低矮建筑物高度较低,建筑物表面风荷载易受到周围复杂的建筑环境干扰影响。对于区域内建筑物数量较多的大型低矮建筑群,在小建筑间距下,建筑群内的遮挡效应显著,导致建筑物风荷载出现缩减特征。然而,现有低矮建筑群干扰效应研究表明,对于建筑物数量较少的小型低矮建筑群,在小建筑间距下,其风荷载可能大于大型低矮建筑群结果,甚至大于单体建筑物结果。此时若仍按照大型低矮建筑群的干扰风荷载特征对其设计风荷载进行折减,则会造成安全隐患。目前对小型低矮建筑群的风荷载干扰作用机理研究较少。此外,建筑群风荷载的影响因素多,对于每一种可能工况均开展风洞试验或者数值模拟研究,将消耗大量时间和经济成本,因此如何充分利用有限的建筑群风洞试验样本,预测目标建筑群风荷载也是一个急需解决的问题。针对上述研究不足,本文主要内容和创新性成果总结如下:(1)以一排三列小型平屋面低矮建筑群为研究对象,开展风洞试验,研究建筑间距和来流风向对建筑群风荷载的干扰影响,并与已有小型高层建筑群和大型低矮建筑群的干扰机理进行对比分析。结果表明:当来流风向为斜风向时,在小建筑间距下,上游建筑物对下游建筑物风荷载遮挡效应显著。当来流风向为正交风向,建筑群沿风向串联布置时,在建筑间距比0.4<S/W≤1.0范围内(S为建筑净距,W为建筑物迎风宽度),下游建筑物阻力系数随着建筑间距增大先快速增大,再迅速减小,并在S/W=0.7处出现局部峰值。在该特殊建筑间距下,下游建筑物表面测压点风压时程会于随机时刻发生突变,具有非平稳特征,而建筑物整体风力系数时程较为平稳。进一步采用大涡模拟方法模拟建筑物周围流场,发现上述干扰现象是由于建筑群内出现了特殊的时均非对称尾流导致。该非对称尾流具有两种模式,并于两建筑物之间的间隙内随机切换,每种模式的持续时间不固定,但两种非对称尾流模式的偏流方向沿来流风向对称。上述时均非对称流态在以往小型高层建筑群和大型低矮建筑群流态研究中均未被观察到。(2)利用大涡模拟方法,分析建筑物长宽比及高宽比,对一排三列串联低矮建筑群非对称流态特征和建筑物阻力系数局部峰值的影响,参数化分析结果说明建筑物长宽比和高度比的影响显著。当建筑物高宽比为0.4,长宽比小于1.0时,迎风建筑物和中心建筑物之间的非对称尾流转为对称尾流,中心建筑物阻力系数随间距的变化曲线中无局部峰值出现。另外,建筑物周围的非对称流态特征对建筑物高宽比变化更加敏感,当建筑物高宽比接近0.8时,小型低矮建筑群内的非对称流态特征消失。(3)在少量建筑群风洞试验数据用于预测目标建筑群极值风荷载时,针对建筑群训练数据有限,无法直接构建有效的建筑群极值风荷载预测模型的问题,提出了结合半监督回归(SSR),极限学习机(ELM)和计算流体动力学(CFD)的建筑群极值风荷载SEC机器学习预测方法。SEC方法通过两方面措施来提高建筑群极值风荷载预测模型精度:其一,利用SSR方法扩充现有的有限训练样本数量;其二,引入CFD模拟的建筑群平均风荷载作为预测模型输入变量,利用平均风荷载和极值风荷载间较强的线性关系,来增强预测模型中输入变量和输出变量的线性映射关系。SEC预测模型训练完成后,可直接应用于与训练样本同类型建筑群的目标建筑群极值风荷载预测,无需进行重复训练。最后,以一排三列低矮建筑群风洞试验数据,对SEC方法的适用性进行验证。结果表明当建筑群训练数据较少时,SEC方法预测模型的精度高于直接基于少量样本训练的预测模型的精度。当预测目标的建筑群工况位于建筑物极值风荷载与建筑群干扰因素(建筑间距和来流风向等)呈现局部强非线性变化特征的范围内时,SEC方法的优势更为显著。(4)根据风洞实验多次采样结果,采用直接基于极值概率分布方法和无偏估计算法,研究了一排三列建筑群屋面极值风荷载分区方案和各分区全风向最不利极小值风压系数随建筑间距的变化规律。并考虑作用在围护结构表面各位置脉动风荷载不完全相关性的极值风压系数面积折减效应,给出了不同建筑间距下,建筑群屋面各分区的最不利面积平均极小值风压系数的设计建议值与目标折减附属面积的折减函数,可供该类建筑群围护结构抗风设计参考使用。
其他文献
机器翻译是人类打破语言屏障、实现语言互通的关键技术,也是自然语言处理和人工智能领域最重要的研究方向之一,因此,机器翻译研究不仅具有重要的应用价值,也具有重要的理论意义。当前,神经机器翻译在捕捉词与词的语义关联以及句子翻译上取得了长足的进展,已经成为当前主流的机器翻译技术。面向篇章的神经机器翻译在融合篇章上下文信息方面的研究也涌现出很多成果。然而,当前篇章神经机器翻译在建模篇章内句子或小句间的篇章结
学位
随着我国“公交优先”战略的落实,各大城市的常规公交服务体系逐渐实现规模化,极大的提升了居民的出行体验。然而由于近些年城市交通拥堵常发、公交线网运行受影响明显,导致常规公交系统运行可靠性下降(如不准点、候车时间长等问题),导致了城市的公交分担率呈下降趋势。公交可靠性评估作为公交线网调整与运营调度策略优化的基础,对于提升常规公交吸引力具有重要现实意义。然而传统的公交网络拓扑结构可靠性分析方法单纯从宏观
学位
晶界和相界是金属材料中最常见的二维缺陷,其结构的演化与材料的塑性变形和相变机制密切相关。通常来说,晶界或相界面的迁移可以通过原子从界面一侧热激活跳动到另一侧实现,也可以通过位错的运动实现。同时,界面的一些微观缺陷(例如台阶和界面位错等)的迁移和运动也与界面迁移行为相关。近年来,有关镁、锆、钛金属中孪生机制的研究发现,由于密排六方金属复杂的晶体结构,均匀切变不能保证所有晶格点都能在变形后与基体形成对
学位
高速铁路轮轨周期性磨耗(车轮多边形、钢轨波磨)的激扰主频一般高于500Hz,具有显著的高频动力特征。轮轨周期性磨耗会加剧轮轨动态相互作用,造成结构关键零部件的疲劳断裂,成为影响列车安全运行的重大隐患之一。现场调研表明高速铁路轮轨周期性磨耗的形成与复杂服役条件下无砟轨道系统振动密切相关,然而既有对轮轨周期性磨耗研究很少考虑无砟轨道系统宽频振动行为,高速铁路轮轨周期性磨耗的形成机理仍不清楚且控制措施不
学位
城市轨道交通信号设备系统是城市轨道交通实现安全运营的核心基础设施之一,承担着实时监督、控制和协调列车安全高效运行的关键任务。这种保障城轨交通安全和运行效率的特殊作用,也给信号设备系统自身的可靠性和维护工作提出了严格要求。城轨信号设备系统由车载和地面两部分的众多控制和基础设备组成。由于设备老化、使用寿命到期以及外部环境侵蚀等因素,不可避免地会出现某些设备或整个系统的故障失效。故障诊断作为检测、隔离和
学位
隧道工程是一个由岩土材料与多种支护构件共同组成的复杂开放巨系统,具有多场、多体、多尺度复杂耦合作用的特点。在这个巨系统中,存在着各种类型的接触面或材料界面,例如节理裂隙面、不同支护构件与围岩的接触面。这些界面是支护—围岩系统应力与变形传递的重要媒介,存在着复杂的连续—不连续力学行为以及由此引起的局部应力集中效应,会对隧道系统的整体力学响应产生严重影响。因此,精确地计算支护-围岩系统的复杂接触耦合作
学位
我国传统村落和民居承载了丰富的历史文化信息,是宝贵的活态文化遗产,是我们民族的魂、文化的根,也是国家的财富、世界的瑰宝。传统村落和民居的保护已纳入国家“十三五”和“十四五”规划纲要。穿斗式木结构作为传统民居的重要结构形式之一,广泛分布于我国西南地区,存量丰富且是新建民居的主要结构形式。此类结构使用小尺寸构件,构件之间采用榫卯连接,在强风和地震作用下易发生拔榫、枋头折断、柱脚滑移、填充墙体倒塌、柱架
学位
当前我国部分运营铁路隧道受外部环境等因素影响,遭受隧道病害困扰,存在威胁隧道行车安全的隐患。其中隧道衬砌开裂是影响隧道健康的关键,衬砌混凝土内演化的微裂纹是部分病害产生的诱因。因此,从细观角度将混凝土分为粗骨料、水泥砂浆及界面过渡区三种组分开展内部微裂纹演化规律的研究对理解混凝土宏观力学行为的成因、评价隧道健康状态以及制定病害隧道治理方案具有重要意义。本文结合室内试验、数值模拟以及理论分析的手段系
学位
搅混翼是压水堆燃料组件定位格架上的重要结构之一,流体经格架搅混翼后在棒束通道内形成绕棒束的二次流动,对强化单相流体换热,提高临界热流密度等具有显著作用。随着计算流体力学数值仿真技术的迅速发展,CFD仿真技术被越来越多地应用到反应堆热工水力设计分析中,尤其是在燃料组件的定位格架设计优化方面。精细化、大规模的CFD仿真应用研究是目前反应堆热工水力的研究重点之一。本文采用实验和数值模拟相结合的方法,系统
学位
随着在实际工程中轻质高强材料的应用及建设高度的不断增加,高层建筑呈现出频率低和阻尼小的特点,对风荷载较为敏感。高层建筑风致振动会引起安全性、舒适性等问题,因此合理评估其风致振动是关键的科学和工程问题之一。考虑到准确描述作用于高层建筑的风荷载是合理评估其风致响应的基础,首先,本文对由来流湍流、特征湍流引起的高层建筑气动风荷载进行了研究;其次,高层建筑横风向风致响应问题较顺风向、扭转向突出,在建筑横风
学位