【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风载荷计算，具体的为一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法。
技术介绍
1、局地强风具有空间尺度小、突发性强、持续时间短、风速大且变化剧烈等特点，如龙卷风和下击暴流等。因此，局部强风在现有强度的风速仪和现有密度的观测系统下很难实测或捕捉到，风速确定十分困难，造成结构设计改造中风荷载取值科学性和客观性不足，为相关问题的系统性防治带来了较大的困难。
2、灾后调查是分析和评估局地极端强风风场的有效技术手段，基于局地强风作用范围内结构损坏程度和破坏特征，反演分析计算得到局地强风作用路径长宽、持续时间、等效风速强度等关键信息。输配电杆等混凝土杆式结构是局地强风作用下最为常见的灾害指示物之一，其失效模式主要表现为根部断裂、倾斜和整体倾覆三种特征，目前的等效风速反演计算中，一方面只考虑了根部断裂这一单一的失效模式，另一方面一般假定风速沿高度方向均匀无变化，而实际上龙卷风以及下击暴流等局地强风风速大小和方向沿高度变化十分强烈，无法较为准确地反演计算出受灾地点处局地强风的大小。因此，为了提升局地强风等效风速反演计算的准确性，需根据局地强风风荷载作用特征和杆式结构失效模式建立更为细化和精确的反演计算算法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，在考虑混凝土杆倾斜、整体倾覆和根部断裂三种失效模式的基础上，结合局地强风风速在高度方向上的变化，能够有效提升局地强风等效风速反演计算的
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，包括如下步骤：
4、步骤一：确定局地强风类型并建立风速矢量分布数理模型，确定不同位置以及不同高度的风速，得到不同风速下混凝土杆式结构基底的弯矩和剪力；
5、确定混凝土杆式结构的尺寸和材料参数，计算混凝土杆式结构的根部极限抗力r1；
6、步骤二：计算混凝土杆式结构在三种失效模式下的等效风速
7、以混凝土杆式结构的根部极限抗力r1作为混凝土杆式结构基底的等效弯矩，反演计算得到根部断裂失效模式下的等效风速v1；
8、根据混凝土杆式结构的下部尺寸、埋深和土质参数，计算混凝土杆式结构在不同风速下的倾斜角度，得到风速-倾斜角度曲线；
9、以风速-倾斜角度曲线中风速的极限最大值作为倾覆失效模式下的等效风速v2；
10、风速-倾斜角度曲线上任意一点对应的倾斜角度和风速，作为倾斜失效模式下在对应倾斜角度时的等效风速v3；
11、步骤三：建立设定高度位置处的特征风速大小与混凝土杆式结构三种失效模式之间的映射关系，结合灾后混凝土杆式结构的受损情况，反演计算得到局地强风等效风速。
12、进一步，混凝土杆式结构基底的弯矩为：
13、
14、
15、
16、混凝土杆式结构基底的剪力为：
17、
18、
19、
20、其中，m表示混凝土杆式结构基底的弯矩；m切表示混凝土杆式结构切向方向的基底弯矩；m径表示混凝土杆式结构径向方向的基底弯矩；v表示混凝土杆式结构基底的剪力；v切表示混凝土杆式结构切向方向的基底剪力；v径表示混凝土杆式结构径向方向的基底剪力；ρ为空气密度；g为阵风因子；cf为混凝土杆式结构阻力系数；d(z)为沿高度的混凝土杆式结构直径，z表示混凝土杆式结构的某一高度；h表示混凝土杆式结构整体高度；u切表示切向风速；u径表示径向风速。
21、进一步，所述步骤二中，风速-倾斜角度曲线的构建方法步骤为：
22、s1：确定混凝土杆式结构的下部结构尺寸以及土质类型，明确水平受荷桩位变得到基本微分方程：
23、
24、其中，ei表示桩截面抗弯刚度；k表示x深度处p-y曲线的割线模量；x表示地面以下的深度；y表示桩身的位变；
25、s2：将混凝土杆式结构的杆身划分为n段单元，每段长度h，桩身共n+1个点，各个单元的划分点采用有限差分形式代替杆身弹性曲线微分方程中的导数式，将基本微分方程转变成一组代数差分方程组：
26、
27、其中，esm表示土的反力模量；h表示单元段的长度；m＝0,1,2,…,n；
28、s3：确定杆身顶部初始条件和杆身底部初始条件，随机初始化esm的值，其中：
29、杆身顶部初始条件为：
30、
31、
32、杆身底部初始条件为：
33、y-2-2y-1+2y1-y2＝0
34、y-1-2y0+y1＝0
35、其中，m0表示混凝土杆式结构的基底弯矩；v0表示混凝土杆式结构的基底剪力；
36、s4：利用esm求解得到解离散方程组的解yi，i＝-2,-1,0…,n,n+1,n+2；
37、s5：根据p-y曲线可求出pi，得到新的esm为：
38、
39、s6：判断当前迭代步计算得到的esm与上一迭代步计算得到的esm之间的差值的绝对值是否小于等于设定阈值：若是，执行步骤s7；若否，执行步骤s4；
40、s7：利用离散方程得到各点的解ym；根据ym的值求解杆身顶部的倾斜角度：
41、
42、
43、其中，h表示杆身的高度；
44、s8：逐级增大风速，得到混凝土杆式结构的风速-倾斜角度曲线。
45、进一步，所述步骤s5中，p-y曲线方程为：
46、
47、kin＝nhmaxx
48、pu＝ngγsd2-j(α0+x)j
49、其中，kin为地基反力模量；nhmax为根据内摩擦角以及土的密实度确定的参数；x为距离土面的深度；pu为极限抗力；ng为极限抗力系数，为kp2的线性函数，kp为被动土压力系数；γs为土体容重；α0为反映地面土体抗力的常数或等效土体深度；j为α0与x之间的指数；d为桩的直径。
50、本专利技术的有益效果在于：
51、本专利技术适用于根据灾后调研结果对下击暴流和龙卷风等局地强风等效风速的定量描述，提供了一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，基于局地强风类型特征建立风速矢量分布数理模型，计算气动风荷载引起的混凝土杆式结构根部荷载效应值；基于混凝土杆式结构截面特征、几何尺寸和材料性质计算其根部抗力r1；基于弹性地基梁模型受力特点，建立水平受荷基础基本微分方程，结合混凝土杆式结构基础尺寸、土质条件和埋深等基本信息，采用有限差分法进行迭代求解，得到各级风速引起的水平风荷载与杆式结构倾斜角度之间的对应关系以及倾覆状态下的临界风速v2；逐级增加风速，形成设定高度位置处的特征风速大小与混凝土杆式结构失效模式之间的映射关系，进而结合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：混凝土杆式结构基底的弯矩为：
3.根据权利要求1所述基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：所述步骤二中，风速-倾斜角度曲线的构建方法步骤为：
4.根据权利要求3所述基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：所述步骤S5中，p-y曲线方程为：
【技术特征摘要】
1.一种基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于局地强风下混凝土杆式结构失效模式的等效风速反演计算方法，其特征在于：混凝土杆式结构基底的弯矩为：
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫渤文，朱雨豪，周旭，周绪红，杨庆山，李丹煜，李潇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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