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建筑工程钢结构体系稳定问题的可靠性如何?

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提问人72709 - 泥土工 2级  举报  

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关键词:结构, ,要领

   
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回答人:18110913 - 泥土工 2级 - 提交时间:2015/3/7 6:10:00   我也要给他一个好评有用(0)  我要给他一个坏评没用(0)  举报

实际结构由于存在种种百般的随机缺陷的影响,与理想结构存在差别。对付缺陷敏感性结构,缺陷可能会造成结构稳定性的急剧下降,所以有须要考虑随机参数的影响,引入可靠度剖析要领,进行稳定问题的可 靠性研究。由于大跨度钢结构体系的可靠性研究涉及较多的力学和数学的知识,有一定难度,目前这方面的研究效果有限。网壳结构的稳定性的可靠性剖析和设计进行了详尽的研究、充裕了结构可靠度 的理论和计算要领,并将其应用于工程结构的剖析和设计,显示了良好的前景。 
  (一)结构剖析中的不确定性因素来源
  影响刚结构体系稳定性的不确定性的基本变量许多是随机的,一般分为三类: 
  1)物理、几何不确定性:如质料(弹性模量,屈服应力,泊松比等)、杆件尺寸、截面积、渣滓应力、初始变形等。 
  2)统计的不确定性:在统计与稳定性有关的物理量和几何量时,总是凭据有限样原来选择概率密度漫衍函数,因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性,是由于缺乏信息造成的。 
  3)模型的不确定性:为了对结构进行剖析,所提的假设、数学模型、界限条件以及目前技术水平难以在计算中反应的种种因素,所导致的理论值与实际承载力的差别,都归结为模型的不确定性。 
  (二)结构的可靠性研究
  国内外学者对结构可靠度理论已经进行了较为深入的研究,在可靠度计算要领及纷乱结构可靠度剖析方面取得了很多研究效果。 
  任何工程剖析和设计的最终目的是使设计的结构在差别要求下满足差别的效用-安定性、使用性、耐久性由 于不确定性的存在,就需要把这些不确定性加入工程设计中,从而孕育产生了很多可靠度要领。为了预计结构可 靠度,首先要解决相关荷载和抵抗力参数以及它们之间的函数关系,这种关系(又称效用函数)记作 
  式中X1,X2,…,Xn 是随机变量。
  把极限状态(或失效面)界说为Z 0,则描述可靠度的参数可靠性指标 界说为坐标原点到失效面的最小距离 目前用于可靠性指标 计算一般有两种要领:一次可靠度要领(FORM)和二次可靠度要领(SORM)。 
  (三)目前用于结构可靠度剖析的数值要领评述 
  对付纷乱结构, 效用函数g(x)通常不克明确表达为输入随机变量的函数,结构的响应通常通过数值要领(如有限元)来计算。这些数值要领一般分为三类: 
     (1)蒙特卡罗模拟法(Monte Carlo Simulation) (包括高效的取样法和方差缩减技术);
     (2)响应面法(Response Surface Method))基于敏感 性的剖析要领(Sensitivity-based Approach)。 
  1)蒙特卡罗模拟法(Monte Carlo Simulation) 
  蒙特卡罗模拟法的基本思想是在进行每一次确定性剖析之前随机孕育产生一组输入变量,大量重复的进行确定性剖析之后,对结构的响应输出参数进行统计剖析,计算出结构的可靠性。把蒙特卡罗模拟法与有限元法结合 起来,就得到蒙特卡罗有限元法。通常把蒙特卡罗有限元法作为可靠度计算的相对精确解,但要到达较高的精度,务必取足够的样本数,因此计算劳动量相当浩大。 
  2)响应面法(Response Surface Method)
  响应面法的基本思想是通过近似结构一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式效用函数g(X)(一次或二 次多项式),其中X是包括所有荷载和抗力的随机变量的一个向量。素质上来说,响应面法是一套统计要领, 用这种要领来寻找考虑了输入变量值的变异或不确定性之后的响应最佳值。而失效概率通过一次或二次可靠度要领计算。在响应面法中,对付一个具有大量随机变量的问题来说,准确结构一个近似多项式的所需实在 定性剖析是相当巨大的,因此这种要领很耗时。即使对付一个具有少量随机变量的问题来说,响应面法对可靠度预计的准确性与效用函数的近似多项式的准确性有关。如果隐含型的效用函数具有很强的非线性,这种 函数迫近是非常近似的,可靠度预计也是非常近似的。考试大论坛
  3)基于敏感性的剖析要领(Sensitivity-based Approach) 
  基于敏感性的剖析法和一次可靠度要领(FORM)/二次可靠度要领(SORM)结合起来剖析具有隐式型的效用 函数的可靠性问题,能克服蒙特卡罗模拟法和响应面法的缺点。这种要领在寻找控制点(也叫最小距离点)过程中,每一步迭代所使用的信息都是效用函数的真实值和真实梯度,并使用优化要领使控制点收敛于最小 距离点,同蒙特卡罗模拟法和响应面法相比,它耗时小,也比响应面法更准确。另外,基于敏感性的剖析要领能够从设计的角度知道结构响应对基本随机变量的敏感性。从而有可能基于随机变量的不确定性和它们对 结构特性的影响得出差别随机变量的差别设计安定系数。基于敏感性的剖析要领也可以在不影响计算准确性的条件下,忽略那些对结构可靠性影响不大的随机变量,从而节省计算时间。基于敏感性的剖析要领中可以 使用迭代摄动剖析技术,并和有限元法结合起来孕育产生所谓的随机有限元法(Stochastic Finite Element Me thod)。这种使用迭代摄动技术的随机有限元法可用来进行结构的非线性剖析。 
  4)钢结构体系稳定性的可靠性研究要领
  随机有限元法为刚结构体系稳定性的可靠性研究提供了强有力的剖析手段,由于随机有限元能够考虑实际结构存在种种百般的随机性因素的影响,所以可以预计随机有限元法在这一研究领域将会有良好的应用前景。

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