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原文传递苏通大桥桥址区实测台风非平稳风谱模型研究

论文题名：	苏通大桥桥址区实测台风非平稳风谱模型研究
关键词：	大跨度桥梁;实测台风;非平稳风谱;结构健康监测;参数拟合
摘要：	进入二十一世纪，桥梁工程界掀起了跨海连岛的特大跨径桥梁建设高潮，斜拉桥作为特大跨径桥梁备选桥型之一，其发展备受瞩目。然而，随着桥梁跨度增大，结构刚度降低，大跨度桥梁的风敏感性势必增加，风对大跨度柔性桥梁结构的作用效应将不可忽视。已有研究表明，实测台风风速表现出明显的非平稳特征，这与传统风工程研究所基于的平稳随机过程假设存在差异，深入研究实测台风的非平稳特性对桥梁风致振动响应精细化研究以及现有桥梁抗风理论的完善具有重要意义。然而，目前针对大跨度桥梁桥址区开展实测台风非平稳特性研究相对较少，相关研究有待进一步深入。　　针对目前研究现状，本文以苏通大桥为工程背景，基于该桥结构健康监测系统（Structural health monitoring system,SHMS）开展了实测台风非平稳风特性研究，基于小波变换方法计算了实测台风非平稳脉动风速演变功率谱密度(Evolutionary power spectral density,EPSD)，并对其开展了EPSD解析模型参数拟合研究，主要研究内容如下: 　　(1)苏通大桥桥址区实测台风脉动风速平稳度研究。基于递归图及其量化分析方法，定义了局部递归率损失指标用以量化分析实测信号非平稳度大小。应用Matlab软件编写了局部递归率损失指标计算程序，并通过数值实验对所提出非平稳度量化分析指标进行评估，评估结果表明所提出局部递归率损失指标可以合理评估实测台风风速信号非平稳度大小。　　(2)桥址区实测台风平稳与非平稳风特性对比研究。以苏通大桥SHMS实测台风“Kalmaegi”与“Morakot”为研究对象，对实测台风数据平稳度进行分析，并基于平稳与非平稳风速模型开展了实测台风特性对比研究。结果表明，实测台风风速包含非平稳成分，基于不同风速模型所得台风脉动风特性表现出较大差异。　　(3)实测台风脉动风速的EPSD研究。系统阐述了基于广义谐和小波变换的实测台风脉动风速EPSD估计方法，编制了相应的EPSD估计程序，并通过数值实验对该程序可靠性进行验证。在此基础上，对所选取实测台风非平稳脉动风数据开展了EPSD估计，并将估计结果同Kaimal演变谱进行对比。结果表明，基于GHWT的非平稳信号EPSD估计方法更加适用于实测台风非平稳脉动风速EPSD估计。总体上，Kaimal演变谱时间切片与实测脉动风速EPSD时间切片吻合良好，但Kaimal演变谱模型在捕捉实测非平稳台风脉动风速时频特征时，其精细化程度有待提升。　　(4)台风脉动风速EPSD模型参数估计研究。阐述改进拟牛顿迭代法原理，开展数值实验对所编写算法的正确性进行验证。基于改进拟牛顿迭代法，提出台风脉动风速EPSD解析模型参数估计流程。以实测台风“Kalmaegi”估计所得非平稳脉动风速EPSD为拟合数据，采用所提出EPSD解析模型参数估计流程开展模型参数估计研究，并将拟合谱同实测谱进行对比。结果表明，所提出风谱模型参数拟合流程降低了风谱模型参数拟合的计算规模，提高了迭代算法的计算效率。在台风脉动风速实测EPSD极值点附近，拟合谱与实测谱时间切片吻合良好。
作者：	徐梓栋
专业：	土木工程
导师：	王浩;朱克宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文