一种基于覆冰厚度短期观测资料的基本覆冰厚度的推算方法与流程

本发明属于工程结构基础，涉及工程结构设计基本覆冰厚度的确定，尤其涉及一种基于覆冰厚度短期观测资料的基本覆冰厚度的推算方法，主要根据2-3年的覆冰观测资料统计确定覆冰厚度年极值分布，采用重现期法确定基本覆冰厚度。

背景技术：

1、山区地形条件复杂，特别是贵州、四川、重庆等地，每年冬天都会出现不同程度的凝冻恶劣天气，受凝冻恶劣天气的影响，覆冰厚度成为这些地区工程结构的主要控制荷载之一。对于缺乏长期(至少20年以上)观测资料推算覆冰厚度年极值分布的地区，《高耸结构设计规范》给出了基本覆冰厚度建议取值：重覆冰区，其基本覆冰厚度取为20mm-50mm；中覆冰区，其基本覆冰厚度取为15mm-20mm；轻覆冰区，其基本覆冰厚度取为5mm-10mm。采用规范方法确定主观性太强，而且基本覆冰厚度取值范围大，这就可能由于基本覆冰厚度取值过高导致设计的工程结构造价高，造成浪费，设计结构经济性太差；也可能由于基本覆冰厚度取值过小导致设计的工程结构安全性不足，易造成结构破坏，引起工程事故造成不良社会影响，特别是目前风电能源利用领域的拉线式测风塔由于设计基本覆冰厚度取值过小总出现倒塌事故。

2、风电场正常开发前都需要对开发风场进行2-3年的环境资料观测，为风资源评估提供精确数据。如果能利用2-3年的覆冰厚度观测资料统计有效确定覆冰厚度年极值分布，采用重现期法确定基本覆冰厚度，这将使确定的基本覆冰厚度反应拟建工程结构区域极值覆冰厚度可能出现的最大值，使设计的工程结构具有足够的安全性、又具有经济性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是解决上述背景技术中没有长期覆冰观测资料规范确定基本覆冰厚度的不足，利用2-3年的覆冰厚度短期观测资料统计有效确定覆冰厚度年极值分布，采用重现期法确定基本覆冰厚度，使确定的基本覆冰厚度反应拟建工程结构区域极值覆冰厚度可能出现的最大值，从而为工程结构设计提供合理的设计覆冰荷载。

2、本发明解决上述问题的技术方案为：

3、一种基于覆冰厚度短期观测资料的基本覆冰厚度的推算方法，包括以下步骤：

4、步骤1：对2-3年的观测覆冰厚度的数据进行平均分段，分段时间长度τ应保证每个时段内的最大值之间的相关性为零，则平均分段数n，其中n＝t/τ，t为总的观测时间长度。

5、步骤2：选取出现覆冰的每一时段内的最大覆冰厚度，获得各个出现覆冰时段内覆冰厚度最大值随机变量的一组样本容量为k的样本，其中k与出现覆冰的分段数一致。

6、步骤3：采用直方图方法选取步骤2得到的一组样本的概率分布模型，采用统计推断方法确定这组样本的概率分布，也即得到出现覆冰每个时段内覆冰厚度最大值随机变量的概率分布

7、步骤4：根据步骤(3)的统计推断结果，结合步骤2得到的样本统计计算出现覆冰时段内覆冰厚度最大值随机变量的概率分布的分布参数。

8、步骤5：根据观测覆冰厚度数据统计计算每任一时段内覆冰厚度出现的平均频率k/n，以该平均频率作为任一时段内覆冰厚度出现的概率估计值p。

9、步骤6：根据任一时段内覆冰厚度出现的概率p和1年时间内平均划分的时段个数r，计算1年时间内所有分段时间内出现覆冰的平均个数m＝pr。

10、步骤7：将任一时段内覆冰厚度最大值随机变量的概率分布作为平稳二项随机过程的幅值分布，该时段幅值随机变量为：

11、

12、时段幅值分布为：

13、

14、t时间内所有分段时段最大覆冰厚度组成的随机过程为平稳二项随机过程，该随机过程可以这一系列幅值随机变量描述，也即是该随机过程根据极值理论，则t时间内覆冰厚度最大值随机变量：

15、

16、覆冰厚度年极值(t为1年时间，其单位与分段时间单位一致)随机变量的概率分布：

17、

18、根据式(4)，结合步骤3得到的出现覆冰每一个时段内覆冰厚度最大值随机变量的概率分布和步骤6得到的1年时间内所有分段时间内覆冰厚度的平均出现个数m，确定覆冰厚度年极值随机变量的概率分布

19、步骤8：基于覆冰厚度年极值随机变量的概率分布结合规范规定的重现期tr，采用重现期法确定基本覆冰厚度

20、本发明的有益效果为：

21、本发明直接利用风电场建设前期调研评价阶段2-3年覆冰厚度短期观测资料推算的覆冰厚度年极值分布，采用重现期法推算基本覆冰厚度，相比于规范推荐方法大大提高了基本覆冰厚度计算精度；相对于需20-30年以上观测数据推算基本覆冰厚度，则大大降低了观测经济成本和时间成本，提高了效益。

技术特征：

1.一种基于覆冰厚度短期观测资料的基本覆冰厚度的推算方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种基于覆冰厚度短期观测资料的基本覆冰厚度的推算方法，属于工程结构基础技术领域，包括2‑3年覆冰厚度短期观测资料，在此基础抽取时段覆冰厚度最大值随机变量的样本和统计时段覆冰厚度平均出现概率；根据时段覆冰厚度最大值随机变量的样本统计推断其概率分布模型，根据时段覆冰厚度平均出现概率和1年时间分段时间内覆冰厚度的平均出现次数，在此基础结合极值理论确定覆冰厚度年极值分布；基于覆冰厚度年极值分布结合重现期法确定基本覆冰厚度，为工程结构设计提供合理的设计覆冰荷载。本发明相比于规范推荐方法大大提高了基本覆冰厚度计算精度，相对于需20‑30年以上观测数据推算基本覆冰厚度，则大大降低了观测经济成本和时间成本，能给提高效益。

技术研发人员：杨艳明,霍伟光,王亚柯,向东洋,周道成,梁思超,李玉刚
受保护的技术使用者：华能宁南风力发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25