平面鋼框架結(jié)構(gòu)整體極限承載的系統(tǒng)可靠性設(shè)計理論研究.pdf

1、為克服目前基于構(gòu)件極限狀態(tài)可靠度理論的現(xiàn)行設(shè)計方法存在的缺陷,論文著重探討平面鋼框架結(jié)構(gòu)整體極限狀態(tài)系統(tǒng)可靠性設(shè)計方法,使之既能最大限度地利用結(jié)構(gòu)的強度儲備,又能充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計變量不確定性的影響,從而使設(shè)計的結(jié)構(gòu)達到經(jīng)濟實用可靠的目的。 論文的主要研究內(nèi)容： 1. 闡述了現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在的缺陷及研究進展,引出研究的課題。概述了結(jié)構(gòu)可靠度的基本概念、常用的概率分布、影響可靠性的隨機性因素、結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度分析方法以及

2、結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法。 2. 采用國際通用有限元軟件ANSYS模擬塑性區(qū)法對平面鋼框架結(jié)構(gòu)進行二階彈塑性分析。通過與試驗結(jié)果對比分析表明,這種非線性有限元分析可以比較準(zhǔn)確地計算結(jié)構(gòu)的極限承載力。 3. 為了減小隨機抽樣帶來的統(tǒng)計相關(guān),基于概率論相關(guān)系數(shù)求解原理,Cholesky分解等,提出了一種改進拉丁超立方抽樣方法。結(jié)合改進拉丁超立方抽樣方法、誤差傳遞原理、非線性有限元法和可靠度計算的驗算點法等,提出基于結(jié)構(gòu)整體極限

3、承載力的系統(tǒng)可靠度分析方法。算例表明,此系統(tǒng)可靠度分析方法具有較高的計算精度,且具有很高的計算效率。對于大型結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)的系統(tǒng)可靠性分析,具有更加積極的意義。 4. 提出采用誤差傳遞原理分析結(jié)構(gòu)體系抗力統(tǒng)計參數(shù)的方法,結(jié)合非線性有限元法和可靠度計算的驗算點法,提出基于結(jié)構(gòu)整體極限承載力的系統(tǒng)可靠度分析的簡化方法。它不需要大量的隨機抽樣,也不需要大量的有限元分析,計算簡單快捷。算例表明,它具有很好的精度,可靠度指標(biāo)誤差在3％

4、以內(nèi)。對于結(jié)構(gòu)體系中各構(gòu)件抗力的概率統(tǒng)計特征相近的結(jié)構(gòu)(如平面鋼框架結(jié)構(gòu)),此方法比較準(zhǔn)確,而對于隨機性不明確、體系中各構(gòu)件變異性相差較大的結(jié)構(gòu),計算誤差較大,不宜采用。 5. 采用系統(tǒng)可靠度分析方法得到多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系抗力的概率統(tǒng)計參數(shù)；運用優(yōu)化方法,得出在兩種荷載工況下基于系統(tǒng)可靠性高等設(shè)計(RAD)的實用設(shè)計表達式。探討了隨機變量相關(guān)性以及恒活比取值范圍對設(shè)計表達式中分項系數(shù)取值的影響?？沽εc活載相關(guān)性的影響較大,其它因

5、素影響較小。設(shè)計實例的研究表明,對于簡支構(gòu)件,在用鋼量與可靠度指標(biāo)上,RAD方法與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范(GB50017-2003)方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都一致；對于多層鋼框架,則RAD方法比鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范(GB50017-2003)方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)用鋼量小,且實際系統(tǒng)可靠指標(biāo)與目標(biāo)可靠指標(biāo)比較接近,符合結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的要求。 通過分析研究,初步建立了平面鋼框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性設(shè)計理論。相信隨著高等分析理論和系統(tǒng)可靠性理論的日臻完善,建立在以結(jié)構(gòu)整體極