一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法.pdf

本发明涉及一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：1)以可靠度理论为理论依据，利用结构可靠度的时段分析方法分别建立结构设计基准期及其间各时段的时段关系、以及施工期及期间各时间段的可靠度关系，形成各时段关系表达式和可靠度关系表达式；2)求解步骤1)所述关系表达式，得到施工期风荷载标准值与设计基准期风荷载标准值比例；3)根据步骤2)所述比例求解施工期风荷载因子。本发明以结构可靠度设计的基本理论为基础，以冷却塔塔筒施工期和设计基准期内具有相同的可靠度为前提，对塔筒施工期设计风荷载的取值标准问题进行研究，有利于冷却塔施工期设计风荷载的确定，对施工期冷却塔的稳定性和造价具有决定性的意义。

权利要求书一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于： 
1)以可靠度理论为理论依据，利用结构可靠度的时段分析方法分别建立结构设计基准期及其间各时段的时段关系、以及施工期及期间各时间段的可靠度关系，形成各时段关系表达式和可靠度关系表达式； 
2)求解步骤1)所述关系表达式，得到施工期风荷载标准值与设计基准期风荷载标准值比例； 
3)根据步骤2)所述比例求解施工期风荷载因子。 
根据权利要求1所述的一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：结构设计基准期及其间各时段上的可靠度之间的关系用下列表达式表示： 
1)结构功能函数表达式为：Zi＝Ri‑Si＝R‑Si，i＝1，2，...，n， 
其中R为结构抗力函数，Si为荷载效应函数； 
2)每个时段的失效概率pfe和可靠指标βe表达式为：pfe＝Φ(‑βe)＝P(Zi≤0) 
3)结构失效概率pf和可靠指标β表达式为： 

或者结构失效概率pf和可靠指标β表达式为：pf＝Φ(‑β)≈1‑Φn(βe，ρ) 
表达式中，Φn表示n维标准正态分布函数；βe为元素全部为βe的n维可靠指标向量；ρ为n阶相关系数方阵，其非对角元均为ρe。ρe为Zi与Zj(i≠j)的相关系数。 
根据权利要求1所述的一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：结构施工期与期间时段上的可靠度之间的关系由下列表达式表示： 
1)设Tc内结构可靠指标为βc，失效概率为pf，c；τc内结构可靠指标为βe，c，失效概率为pfe，c，对应的结构抗力为Rc，即有如下表达式： 
Zi，c＝Rc‑Si＝Rc‑Se＝Ze，c，   i＝1，2，K，nc
pfe，c＝Φ(‑βe，c)＝P(Zi，c≤0)＝P(Ze，c≤0) 

其中βe，c为元素全部为βe，c的n维可靠指标向量；ρc为n阶相关系数方阵，其非对角元均为ρe，c。 
2)对于施工期Tc与其中时段τc的可靠度之间的关系的处理，如果Rc和S服从正态分布，Rc的均值为标准差为则 


3)如果Rc和S都是非正态变量，Rc的累积分布函数为概率密度函数为可利用JC法进行变量的当量正态化，为此设与Rc相应的当量正态化变量为R′c，其均值为标准差为设功能函数Zi，c＝Rc‑Se的设计验算点为(rc*，s*)，根据JC法的当量正态化条件，得到表达式 
。
根据权利要求1所述的一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：施工期与设计基准期可变作用标准值之间的关系由下列表达式表示： 
1)施工期结构抗力Rc为设计基准期结构抗力R的函数，表达式为Rc＝kR其中k为比例系数，为施工期结构抗力因子； 
2)如果R和S均服从正态分布，得到如下表达式 


3)如果R和S都是非正态变量，将经过JC法的当量正态化后的参数代替2)中各式中相应的参数，得到如下表达式 


4)设结构抗力R和作用效应S的设计值分别为Rd、Sd，标准值分别为Rk、Sk，分项系数分别为γR、γS，承载能力极限状态设计时要求γ0Sd≤Rd，处于极限状态时为 
γ0Sd＝Rd，γ0γSSk＝Rk/γR
其中γR＝Rk/Rd＝Rk/r*＝(μR‑αRσR)/r*(1)，γS＝Sd/Sk＝s*/Sk＝s*/(μS+αSβS) 
保证率系数95％时的保证率取αR＝αS＝1.645； 
5)设结构施工期所需抗力Rc的标准值为Rck，作用效应的标准值为Sck，同样按承载能力极限状态设计，即要求γ0Scd≤Rcd，处于极限状态时为 
γ0Scd＝Rcd，γ0γSSck＝Rck/γR； 
6)根据结构设计标准，荷载效应组合的设计值Sd从下列组合之中取最不利值确定： 
由可变荷载效应控制的组合 

由永久荷载效应控制的组合 

式中，γG为恒载分项系数；和为第1个和第i个可变荷载分项系数；SGk为荷载标准值效应；为第1个可变荷载标准值效应，该效应大于其他任何一个可变荷载标准值效应；为第i个可变荷载标准值效应；ψci为第i个可变荷载的组合值系数； 
7)对于施工期的情形，有如下表达式 


先单独考虑某一如或可变作用标准值效应，并将Q1作为风荷载W，令式错误！未找到引用源。～式错误！未找到引用源。中其他作用标准值效应均为0，再利用式错误！未找到引用源。，可得在对结构进行理论分析时，作用效应S与作用Q一般采用线性关系，即S＝CQ，C为系数。此时前面对如果认为不同时期的作用效应系数不变，则有Wck＝kWk。 
根据权利要求1所述的一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：施工期可变作用因子k的求解过程如下： 
1)按照以下步骤求解施工期可变作用因子k： 
(1)取初值n＝50，β＝βc＝2.7～4.2，γS＝1.4，γR＝1.1～1.4，μS＝1；给定某一nc； 
(2)假定μR、σR和σS的初值，例如5、0.5、0.5； 
(3)利用设计验算点法，解式得βe、σR′、σS′、r*和s*； 
(4)计算ρe； 
(5)形成方程组，并解之得μR、σR和σS； 
(6)计算k； 
2)对于施工期Tc不是1年的整数倍时，k用以下办法计算： 
(1)先算出Tc的整数年对应的k，计作k1； 
(2)将Tc其余的天数看成新的nc，T取成365天，γR与计算k1时相同，计算k，记作k2； 
(3)k＝k1 k2； 
3)关于式中n维正态分布函数Φn(βe，ρ)的计算，当n＝1时，Φn(βe，ρ)＝Φ(βe)；当n＝2时，可利用下式计算： 

其中 

当n＞3时，可以利用下式： 

4)当R和S服从正态分布时，正态随机变量X的概率密度函数和累积分布函数分别为 


5)当R服从对数正态分布，S服从极值I型分布即Gumbel分布，对数正态变量R的概率密度函数和累积分布函数分别为 r＞0 r＞0 
其中参数 

极值I型变量S的概率密度函数和累积分布函数分别为 
fS(s)＝exp{‑α(s‑u)‑exp[‑α(s‑u)]} 
FS(s)＝exp{‑exp[‑α(s‑u)]} 
其中 

说明书一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法
技术领域
本发明涉及超大型冷却塔，尤其是一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法。属于电力系统的核电站的建筑技术领域。
背景技术
超大型冷却塔是采用二次循环冷却系统的核电站中关键的建构筑物。目前世界上并无核电站冷却塔的建造经验。根据现有的行业认知，1000MW级别核电站的冷却塔，塔高一般需要达到200m以上，零米直径180m以上。如此级别的建构筑，是核电站单体几何体量最大的构筑物之一。因此超大型冷却塔的结构安全性对整个核电站的核安全具有至关重要的影响。
钢筋混凝土双曲线冷却塔的塔筒为薄壁壳体结构，对风荷载作用极为敏感。风荷载属于可变作用。在铁路、公路、港口、水利水电等行业的设计规范中，对施工期的可变作用设计标准虽然都做了明确的规定，但是在相关规范及其条文说明中，都没有给出确定施工期可变作用设计标准的具体推导。除此，结构施工期可变作用的相关理论研究也还有待加强。
冷却塔施工期设计风荷载的确定，对施工期冷却塔的稳定性和造价具有决定性的意义。冷却塔塔筒施工期相对其设计基准期较短，如取用设计基准期的风荷载设计标准进行冷却塔施工工况的验算，要求显然过高。当施工期筒壁混凝土的强度及弹性模量处于增长期时，采用这一标准可能会显著增加筒壁的工程量，造成工程投资不必要的增加，特别是对于超大型冷却塔，施工期风荷载的取值研究具有更重要的意义。此外，我国冷却塔的结构设计目前归属于房屋建筑工程，按照建筑结构可靠度设计统一标准及其对应的规程、规范进行结构设计。但是钢筋混凝土双曲线冷却塔塔筒施工期的设计风荷载标准在建筑工程行业的有关规范中并没有明确给出，这一空缺也亟待填补。
因此，对冷却塔塔筒施工期设计风荷载的取值问题必须进行深入研究。
目前，国内冷却塔施工期设计风荷载的取值与设计基准期一致，并未将施工期的风荷载取值与冷却塔建成最终工况区分开。
本发明首次提出超大型冷却塔施工期风荷载取值方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种超大型冷却塔施工期风荷载取值方法，其特征在于：
1)以可靠度理论为理论依据，利用结构可靠度的时段分析方法分别建立结构设计基准期及其间各时段的时段关系、以及施工期及期间各时间段的可靠度关系，形成各时段关系表达式和可靠度关系表达式；
2)求解步骤1)所述关系表达式，得到施工期风荷载标准值与设计基准期风荷载标准值比例；
3)根据步骤2)所述比例求解施工期风荷载因子。
本发明以结构可靠度设计的基本理论为基础，以冷却塔塔筒施工期和设计基准期内具有相同的可靠度为前提，对塔筒施工期设计风荷载的取值标准问题进行研究。根据风荷载平稳二项随机过程模型的特点，利用结构可靠度的时段分析方法分别建立结构设计基准期及其间各时段的关系及施工期及其间各时段的可靠度关系。从施工期与设计基准期的结构抗力成比例入手，按照规范中分项系数设计方法的要求，得到施工期风荷载标准值与设计基准期风荷载标准值同样成比例的结论，并据此得到施工期风荷载因子。
本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：
1)结构设计基准期及其间各时段上的可靠度之间的关系用下列表达式表示：
结构的功能函数均采用结构抗力与荷载效应相比较的形式，设结构在任一τ内的功能函数为：
Zi＝Ri‑Si＝R‑Si，i＝1，2，...，n，                           (1)
其中R为结构抗力函数，Si为荷载效应函数；
每个时段的失效概率pfe和可靠指标βe为：
pfe＝Φ(‑βe)＝P(Zi≤0)                                      (2)
结构失效概率pf和可靠指标β为：