結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的自適應(yīng)β約界法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)體系可靠度理論長期以來一直是國內(nèi)外結(jié)構(gòu)可靠度研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)體系可靠度理論目前還存在較多關(guān)鍵問題尚未解決，從而制約了工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計理論從構(gòu)件可靠度層面向整體可靠度層面的跨越和發(fā)展。結(jié)構(gòu)體系可靠度分析包括兩大核心難題:一是如何高效準(zhǔn)確地識別主要失效模式;二是如何計算多失效模式的聯(lián)合失效概率。其中，主要失效模式的識別是結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。由于材料參數(shù)、荷載條件、幾何尺寸等因素存在的隨機(jī)性，導(dǎo)致隨機(jī)結(jié)構(gòu)的失效

2、演化呈現(xiàn)多樣性，可能存在數(shù)目眾多的關(guān)鍵候選失效元件和主要失效模式。傳統(tǒng)的失效模式分析方法由于缺乏高效的分枝約界策略，從而難以兼顧失效模式分析的精度和效率:一方面，為了保證計算效率，往往會遺漏關(guān)鍵候選失效元件和主要失效模式;另一方面，為了保證計算精度，則往往會由于候選失效元件選取過多而出現(xiàn)“組合爆炸”。所以，目前國內(nèi)外還缺乏一種能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)分枝約界的高效體系可靠度分析方法。鑒于此，本文重點(diǎn)圍繞結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的自適應(yīng)高效方法開展研究，

3、主要內(nèi)容包括:
　　(1)在失效演化過程中區(qū)分總虛擬荷載效應(yīng)與普通外荷載效應(yīng)的不同性質(zhì)，提出了總虛擬荷載效應(yīng)與構(gòu)件截面強(qiáng)度的融合技術(shù)，據(jù)此建立了修正的結(jié)構(gòu)計算模型,進(jìn)而提出了基于強(qiáng)度融合技術(shù)的體系可靠度分析β約界法，從而糾正了傳統(tǒng)方法將總虛擬荷載效應(yīng)與普通外荷載效應(yīng)簡單疊加建立失效元安全余量所存在的錯誤，具有更高的計算精度。
　　(2)通過定義失效概率均勻度、基準(zhǔn)失效概率和基準(zhǔn)可靠指標(biāo)，從而確定結(jié)構(gòu)失效歷程不同階段的動態(tài)約界

4、閾值和約界準(zhǔn)則，提出了結(jié)構(gòu)失效演化模擬的自適應(yīng)動態(tài)約界閾值，進(jìn)而建立了基于自適應(yīng)動態(tài)約界閾值的體系可靠度分析β約界法，可以全面考慮結(jié)構(gòu)失效歷程中元件失效概率的分布狀況，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效路徑的自適應(yīng)動態(tài)分枝和約界，避免遺漏關(guān)鍵候選失效元件和主要失效路徑，從而兼顧失效路徑分析的精度和效率，克服了傳統(tǒng)方法主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)確定約界閾值所存在的缺陷。
　　(3)根據(jù)當(dāng)量正態(tài)化原理和正交變換，將相關(guān)的非正態(tài)隨機(jī)變量變換成獨(dú)立的正態(tài)分布隨機(jī)變量，進(jìn)

5、而結(jié)合隨機(jī)結(jié)構(gòu)失效演化分析的自適應(yīng)動態(tài)約界閾值，提出了一種適用于含非正態(tài)相關(guān)隨機(jī)變量的隨機(jī)結(jié)構(gòu)失效演化和體系可靠度分析的自適應(yīng)動態(tài)β約界法，從而將傳統(tǒng)的體系可靠度分析方法從正態(tài)隨機(jī)變量空間拓展到非正態(tài)隨機(jī)變量空間。該方法不僅可以合理考慮隨機(jī)變量分布類型對約界閾值和隨機(jī)失效演化的影響，而且可以有效分析外荷載和全截面塑性抗力的分布類型、相關(guān)性和變異性對隨機(jī)結(jié)構(gòu)的失效演化歷程、主要失效路徑和體系可靠指標(biāo)的影響規(guī)律。
　　(4)基于多層多

6、跨復(fù)雜結(jié)構(gòu)，利用蒙特卡羅法進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了本文所建立的三種自適應(yīng)動態(tài)β約界法的有效性和適用性，并分析了外荷載和全截面塑性抗力的分布類型、變異性和相關(guān)性對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的失效演化歷程、主要失效路徑和體系可靠指標(biāo)的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明，隨著外荷載和全截面塑性抗力的變異性的增大，結(jié)構(gòu)體系的失效概率會增大，結(jié)構(gòu)體系可靠指標(biāo)會減小，其中全截面塑性抗力的影響更為明顯;隨著外荷載和全截面塑性抗力的相關(guān)性增大，結(jié)構(gòu)體系的失效概率也會增大，結(jié)構(gòu)體系可靠指