基于系統(tǒng)可靠度指標的建筑框架結構設計

1、<p>　　基于系統(tǒng)可靠度指標的建筑框架結構設計</p><p>　　摘要：就目前而言，建筑相關的設計規(guī)范是建立在結構構件本身的可靠程度上進行計算的，并沒有對結構本身的系統(tǒng)性進行很好的考慮，所以并不能將結構整體可靠程度很好的反映。所以，本文推出了新穎的結構體系調(diào)整法。 </p><p>　　關鍵詞：可靠度；結構體系；結構分析；結構設計；失效 </p><p&g

2、t;　　中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　一、對可靠性進行分析 </p><p>　?。ㄒ唬┲魇Ｊ降挠嬎?</p><p>　　通過一次二階矩公式（A two order moment formula），將失效模式的實際失效概率（probability of failure）以及各失效模式（failure mode）之

3、間存在的關系系數(shù)進行計算，并且根據(jù)相關性方面的判別系數(shù)以及是小概率相關的限制，對次等的失效模式進行刪除，進而求取失效模式： </p><p>　　在上述的式子中，Pf（S?F?M）i表示為結構失效模式；則Pf?L（S?F?M）分別表示為是失效概率限值的大??； </p><p>　　（二）結構體系相關的失效概率大小計算 </p><p>　　將每一個失效模式相互連接主

4、城一個串聯(lián)的系統(tǒng)，并且將這個串聯(lián)的系統(tǒng)看作是整個結構體系相關的失效概率大小計算的模型體，所以其實際失效概率值大小為： </p><p>　　二、對結構體系的可靠程度進行調(diào)整 </p><p>　?。ㄒ唬┦Ｊ剿茉试S的失效概率值大小的計算 </p><p>　　根據(jù)相關的結構體系所能允許的失效概率值Pf，T，可以計算得出失效模式所能允許的失效概率值大小Pf?T（F

5、?M）=Pf?T/n。在這個式子當中，失效概率比主失效模式實際個數(shù)要大很多（n＞Pf?L（F?M））。 </p><p>　?。ǘ┙Y構本身抗力調(diào)整系數(shù)的計算 </p><p>　　根據(jù)相關的失效模式的各個主失效模式方面的可靠指標以及目標可靠指標（reliability index），可以對每一個失效模式的實際結構調(diào)整抗力相關的調(diào)整系數(shù)進行計算，經(jīng)過結構抗力調(diào)整以后，每一個失效模式實際的失

6、效概率應該滿足一下不等式： </p><p>　　在上述的不等式之中：Pf?T（F.M.）是整個結構失效模式可以允許的失效概率值，則分別表示結構體系在第i個失效模式中的可靠指標，以及失效模式本身的目標可靠指標系數(shù)。 </p><p>　　（三）對是小概率進行驗算 </p><p>　　對結構體系（條件：經(jīng)過抗力調(diào)整后）進行相關的驗算，其實際的失效概率能否與可允許值相

7、互滿足。 </p><p>　?。ㄋ模┱{(diào)整結構抗力 </p><p>　　當整個調(diào)整結構體系（Adjust a structure system）本身的失效概率與相關規(guī)定相互符合以后，再通過每一個失效模式本身的結構抗力相關的ai（調(diào)整系數(shù)）對結構構件實際抗力進行相應的調(diào)整。最夠參照經(jīng)過調(diào)整的結構構件本身的抗力大小，對結構相關的材料特性以及幾何參數(shù)進行相關的調(diào)整，當本節(jié)所有的程序完成以后，就

8、完成了對結構體系本身的可靠程度的設計。 </p><p><b>　　三、算例 </b></p><p>　　圖1為初步設計的方案示意圖，其主要是一層雙跨度非對稱型超靜固定框架，本節(jié)中嘗試對其結構體系實際的可靠性進行簡單的分析。其結構體系要求的β（目標可靠指標）為1.9，實際荷載大小為Pi。結構每一個部件實際的抗力大小為Ri，統(tǒng)計的特性詳細請參照下表1中所示，我們假設

9、表中每一個桿件抗力列在每一行都是完全相關的，而不同的行列之間的統(tǒng)計相互獨立；結構所選取的材料為延性并且勻質的，經(jīng)過調(diào)整以及未經(jīng)過調(diào)整時抗力實際變異系數(shù)保持恒定不變，每一個基本的變量都符合正態(tài)分布的特性。 </p><p>　　圖1：設計方案力學模型（單位：長度mm） </p><p>　　表1：框架變量統(tǒng)計特性示意 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y構體系相關的可靠性分

10、析 </p><p>　　以結構本身的失效模式進行初步探討，并且對迭加原理進行合理的運用，將結構體系中每一個具有一定代表性以及針對性的失效模式尋找出來、將本建筑框架內(nèi)部具有一定代表性以及針對性的失效模式也尋找出來，通過一次二階矩法將各個失效模式本身的相關系數(shù)以及實際失效概率進行計算（具體的結果請參照下表2中所示：）。 </p><p>　　表2：設計框架結構本身的失效模式以及相關的系數(shù)列舉

11、 </p><p>　　筆者根據(jù)失效模式相關的失效概率限定值大小以及相關的判別系數(shù)整個失效模式中將主要失效模式進行確定： </p><p>　　同時將與失效相關的次等失效模式（條件：p0=0.7）以及失效概率相對比較小的次等失效模式進行刪去處理。在本結構式子當中，主要的失效模式應該是上表中的④、①、③、②。通過計算，該結構體系中存在的失效概率為：Pf=Pf、4+ Pf、3+Pf、2+Pf、

12、1=0.065448（注：β為1.52）。 </p><p>　　我們使用Ditelveesen相關的界定發(fā)可以對該設計框架實際的失效概率界限值季羨林計算：1.60≥β≥1.43,0.05480≥Pf≥0.07636. </p><p>　?。ǘY構體系本身的可靠度進行調(diào)整 </p><p>　　設計框架體系相關的目標可靠指標必須滿足β為1.9（其中Pf值為0.

13、00872），因為在設計框架體系中實際的可靠指標β為1.52，所以必須對結構抗力進行相關的調(diào)整。 </p><p>　　我們根據(jù)機構體系可被允許的是小概率值，對失效模式小的可允許失效概率進行計算： </p><p>　　通過上面的式子對每一個失效模式所相關的機構構件抗力進行相關的調(diào)整，并且因為結構本身抗力大小的變化以及可靠性指標的變化存在一定的非線性，所以在容許值大于失效概率的條件下，對抗

14、力相關的調(diào)整系數(shù)進行一定的假設，并且進行逐步的計算以及修正： </p><p>　　對于①號失效模式： </p><p>　　其中抗力值R1、R2、R13、R14、R18以及R19的μRi以及αRi都保持一樣，將經(jīng)過調(diào)整的抗力帶入到上述的①號失效模式中的Z1（失效函數(shù)）中，并且求出經(jīng)過結構調(diào)整以后的P’f,1為【-2.66】=10-3X3.907. </p><p>

15、;　　對于①號失效模式：a2=βT÷β2為1.18，并且R10、R11以及R12的μRi以及αRi都保持一樣。 </p><p>　　但是因為考開心指標數(shù)值過大，所以必須再一次的進行相關的調(diào)整，取值為： </p><p>　　采取同樣的方法對③號失效模式以及④號失效模式進行抗力的調(diào)整，詳細的結果請參照小表3中所示，而可靠性指標值β（S?F?M）6已經(jīng)比規(guī)定值βT（F?M?）要大，

16、所以并不需要做任何的抗力調(diào)整。 </p><p>　　表3：經(jīng)過調(diào)整以后各個變量詳細的統(tǒng)計特性 </p><p>　　經(jīng)過一定的各抗力的調(diào)整以后，結構體系本身的可靠性程度已經(jīng)與規(guī)范水平相當，所以可以對整個建筑框架相關的結構設計進行完結記錄。 </p><p><b>　　四、小結 </b></p><p>　　構體系抗力

17、調(diào)整法，是一種實用的結構體系可靠度設計方法，這里的算例是根據(jù)等可靠度原則進進處理的，如果結構的部分構件有不同可靠度要求時，可靠度的調(diào)整還可以運用功能函數(shù)進行加權處理。結構體系的可靠性間題比較復雜，不同材料特性對形成結構失效模式的影響，不同性質的荷載效應及其組合。對結構體系可靠性分析的影響等。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1

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