[发明专利]低矮建筑屋盖风压时频特性测量方法

说明书

本发明涉及一种低矮建筑屋盖风压时频特性测量方法，属于风工程领域。该方法包括以下步骤：S1：检验平稳性；S2：检验脉动风速平稳性；S3：进行连续及离散小波变换；S4：时频特性分析。本发明通过有效测量低矮建筑屋盖风压时频特性，给予低矮建筑屋盖的施工判断依据。

技术领域

本发明属于风工程领域，涉及低矮建筑屋盖风压时频特性测量方法。

背景技术

在风工程领域中，一般使用期望、方差等统计学特征量来表征风荷载信号的统计特性，利用基于傅里叶变换的功率谱来表征信号中各频率成分的能量分布，但以上均基于信号的平稳性假设，即信号的统计学特性不随时间的变化而变化，频域特性也不会随时间而变化，这样就可以对信号的时域和频域独立的进行分析。但在实际工程中，风荷载信号时常表现出非平稳性，像傅里叶变换这样的方法就不能反映出信号中各频率成分能量随时间的变化信息。为实现上述目的，人们提出了很多用来表征时域和频域信息的信号分析方法，包括短时傅里叶变换(STFT)、Hilbert-Huang变换、小波变换等。其中，短时傅里叶变换是人们在传统傅里叶方法的基础上提出了一种固定窗的时频分析方法。虽然该方法可以对信号进行时频分析，但受到W.Heisenberg不确定准则的限制，使得短时傅里叶变换窗函数的时间与频率分辨率不能同时达到最优。Hilbert-Huang变换虽具有很好的精度，但至今其物理含义尚不明确。而小波分析既克服了短时傅里叶变换在单分辨率上的缺陷，具有多分辨率分析的特点，同时又具有明确的物理含义，在时域和频域都有表达信号局部信息的能力，时间窗和频率窗都可以根据信号的具体形态进行动态调整。一般情况下，低频部分采用较低的时间分辨率，而具有较高的频率分辨率；在高频情况下可以用较低的频率分辨率来换取精确的时间定位。总之，小波变换方法可以通过任意‘平移’和‘压伸’操作进行多尺度分析，从而更精准的捕捉信号的局部瞬态特性，被称为数学放大镜，被广泛用于各种工程应用领域中。

对非平稳信号的分析在工程领域已有着广泛的应用，在医学、故障检测、结构健康监测等领域已得到较为成熟的发展，而在风工程领域还涉及较少，但确是未来风工程领域重要的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低矮建筑屋盖风压时频特性测量方法，基于小波变换方法对台风梅花作用下非平稳风荷载信号进行了如下分析，首先分析了台风作用下各观测高度处10min风速信号的平稳性，然后利用db4小波对典型风向角工况下部分测点屋盖风压信号进行了分解，并给出了用于直观分析的小波云图，最后对风压信号的间歇特性进行了研究。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

低矮建筑屋盖风压时频特性测量方法，该方法包括以下步骤：

S1：检验平稳性；

S2：检验脉动风速平稳性；

S3：进行连续及离散小波变换；

S4：时频特性分析。

进一步，所述步骤S1具体为：

S101：先进行采样得到一系列数据样本；

S102：计算样本平均值考察的正负情况；若就记为“+”，若记为“-”；

S103：把连续出现的“+”或“-”称为一个游程，记N₁为“+”号出现的次数，N₂为“-”号出现的次数，N＝N₁+N₂，U为游程的总数；

S104：检验假设H₀：样本为平稳随机序列；

S105：若U近似服从正态分布N(μ,σ²)，其中