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基于强度的结构可靠性分析是当前结构可靠性研究的一个重要发展方向。本文针对钢框架结构进行强度可靠性分析与计算,主要研究内容包括:
1.分析了现行钢结构规范存在的一些缺陷,进行了以结构整体可靠性取代现行单根构件的结构整体可靠性分析与计算。
2.研究了钢结构可靠性理论的基本原理、可靠性计算的基本算法以及结构系统静强度的可靠性分析理论,并进行了结构强度可靠性分析与计算。
3.分析了蒙特卡罗法和响应面法两种数值分析方法各自的特点,并将响应面法与蒙特卡罗法相结合进行可靠性计算,其结果与蒙特卡罗法的计算结果很接近。同时研究了影响钢框架结构体系可靠性的主要因素,结合实际工程与规范确定了结构抗力的分项系数和荷载分项系数,以及各个随机变量的统计参数。
4.以一多层钢框架结构为研究对象,先利用结构设计软件PKPM,依据现行钢结构设计规范对其进行结构设计;再以有限元程序ANSYS为计算平台,利用ANSYS所提供的APDL(参数化设计)模块对钢框架结构进行可靠性计算与分析。
5.利用ANSYS软件,分别运用蒙特卡罗法、响应面法对多层钢框架结构进行了结构整体可靠性的计算与对比分析。以蒙特卡罗法为计算基准,对结构分别进行100次、200次,1000次、1000次蒙特卡罗直接抽样和拉丁超立法抽样的数值模拟,确定结构强度和变形的失效概率,对结构可靠性进行参数分析,确定随机变量的灵敏性。依据相关随机变量灵敏度大小,选取灵敏度大的随机变量作为重要变量进行响应面拟合,生成输出变量的二次式响应面函数,以响应面函数计算替代结构有限元计算,再次进行基于响应面的蒙特卡罗法数值模拟,确定钢框架结构失效概率,并把其结果与传统的蒙特卡罗法的结算结果进行对比,从计算结果可得基于响应面的蒙特卡罗法的计算精度和计算效率都要优于传统的蒙特卡罗法。
6.分别以空间钢框架和平面钢框架为研究对象,进行两种结构的可靠性计算和对比分析。通过计算结果对比可得,以空间模型所计算的结构可靠性结果更接近规范所规定限值。提出对复杂结构的可靠度计算方法的建议:以空间结构为计算模型,运用基于响应面的蒙特卡罗法进行数值模拟计算可得出较好的计算效果。