超高层建筑脉动风速的数值模拟及预测研究

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风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且风振时域分析可以更为全面地了解超高层建筑的风振响应特性,可以更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。 论文的第一部分考虑超高层建筑脉动风速的时间和空间相关性,导出使用谱解法(Speetral Representation Method,SRM)-fast Fourier transform(FFT)模拟超高层建筑五点脉动风速时程的显示表达式,并指出了单边风速谱与双边风速谱在系数选取上的不同,这方面国外学者基本上都是应用双边风速谱。通过比较模拟自相关和互相关函数与目标自相关和互相关函数的吻合程度,验证了SRM-FFT模拟超高层建筑上任意点数脉动风速时程的可行性。 论文的第二部分考虑超高层建筑脉动风速的时间和空间相关性,导出四阶自回归(Auto-Regressive,AR)模型的参数表达式。通过比较模拟自相关和互相关函数与目标自相关和互相关函数的吻合程度,以验证基于AR模型模拟超高层建筑脉动风速时程的可行性。此外,通过对使用SRM和AR模型模拟超高层建筑脉动风速的比较,可以看出SRM模拟的风速比AR模型模拟的风速更加接近目标值。 论文的第三部分是使用超高层建筑脉动风速的数值模拟值建立的数据库,进行单样本和双样本脉动风速时程的预测。预测使用BP神经网络技术,并引入Levenberg-Marquardt算法。单样本脉动风速时程的预测就是根据样本的前半段数据预测该样本的后半段数据。对于双单样的预测,使用上、下两层脉动风速样本来预测中间一层的脉动风速样本。通过对预测脉动风速相关函数与实际模拟脉动风速相关函数的比较,发现使用BP神经网络预测超高层建筑的脉动风速时程是相当令人满意的。
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