基于系統(tǒng)可靠度指標(biāo)的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　基于系統(tǒng)可靠度指標(biāo)的建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：就目前而言，建筑相關(guān)的設(shè)計規(guī)范是建立在結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的可靠程度上進(jìn)行計算的，并沒有對結(jié)構(gòu)本身的系統(tǒng)性進(jìn)行很好的考慮，所以并不能將結(jié)構(gòu)整體可靠程度很好的反映。所以，本文推出了新穎的結(jié)構(gòu)體系調(diào)整法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：可靠度；結(jié)構(gòu)體系；結(jié)構(gòu)分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計；失效 </p><p&g

2、t;　　中圖分類號： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p>　　一、對可靠性進(jìn)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(shí)際失效概率（probability of failure）以及各失效模式（failure mode）之

3、間存在的關(guān)系系數(shù)進(jìn)行計算，并且根據(jù)相關(guān)性方面的判別系數(shù)以及是小概率相關(guān)的限制，對次等的失效模式進(jìn)行刪除，進(jìn)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(jié)構(gòu)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>　?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)體系相關(guān)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(jié)構(gòu)體系相關(guān)的失效概率大小計算的模型體，所以其實(shí)際失效概率值大小為： </p><p>　　二、對結(jié)構(gòu)體系的可靠程度進(jìn)行調(diào)整 </p><p>　　（一）失效模式所能允許的失效概率值大小的計算 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)的結(jié)構(gòu)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(dāng)中，失效概率比主失效模式實(shí)際個數(shù)要大很多（n＞Pf?L（F?M））。 </p><p>　?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)本身抗力調(diào)整系數(shù)的計算 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)的失效模式的各個主失效模式方面的可靠指標(biāo)以及目標(biāo)可靠指標(biāo)（reliability index），可以對每一個失效模式的實(shí)際結(jié)構(gòu)調(diào)整抗力相關(guān)的調(diào)整系數(shù)進(jìn)行計算，經(jīng)過結(jié)構(gòu)抗力調(diào)整以后，每一個失效模式實(shí)際的失

6、效概率應(yīng)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(jié)構(gòu)失效模式可以允許的失效概率值，則分別表示結(jié)構(gòu)體系在第i個失效模式中的可靠指標(biāo)，以及失效模式本身的目標(biāo)可靠指標(biāo)系數(shù)。 </p><p>　　（三）對是小概率進(jìn)行驗(yàn)算 </p><p>　　對結(jié)構(gòu)體系（條件：經(jīng)過抗力調(diào)整后）進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)算，其實(shí)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(jié)構(gòu)抗力 </p><p>　　當(dāng)整個調(diào)整結(jié)構(gòu)體系（Adjust a structure system）本身的失效概率與相關(guān)規(guī)定相互符合以后，再通過每一個失效模式本身的結(jié)構(gòu)抗力相關(guān)的ai（調(diào)整系數(shù)）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際抗力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。最夠參照經(jīng)過調(diào)整的結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的抗力大小，對結(jié)構(gòu)相關(guān)的材料特性以及幾何參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，當(dāng)本節(jié)所有的程序完成以后，就

8、完成了對結(jié)構(gòu)體系本身的可靠程度的設(shè)計。 </p><p><b>　　三、算例 </b></p><p>　　圖1為初步設(shè)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(jié)構(gòu)體系實(shí)際的可靠性進(jìn)行簡單的分析。其結(jié)構(gòu)體系要求的β（目標(biāo)可靠指標(biāo)）為1.9，實(shí)際荷載大小為Pi。結(jié)構(gòu)每一個部件實(shí)際的抗力大小為Ri，統(tǒng)計的特性詳細(xì)請參照下表1中所示，我們假設(shè)

9、表中每一個桿件抗力列在每一行都是完全相關(guān)的，而不同的行列之間的統(tǒng)計相互獨(dú)立；結(jié)構(gòu)所選取的材料為延性并且勻質(zhì)的，經(jīng)過調(diào)整以及未經(jīng)過調(diào)整時抗力實(shí)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(shè)計方案力學(xué)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(jié)構(gòu)體系相關(guān)的可靠性分

10、析 </p><p>　　以結(jié)構(gòu)本身的失效模式進(jìn)行初步探討，并且對迭加原理進(jìn)行合理的運(yùn)用，將結(jié)構(gòu)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(guān)系數(shù)以及實(shí)際失效概率進(jìn)行計算（具體的結(jié)果請參照下表2中所示：）。 </p><p>　　表2：設(shè)計框架結(jié)構(gòu)本身的失效模式以及相關(guān)的系數(shù)列舉

11、 </p><p>　　筆者根據(jù)失效模式相關(guān)的失效概率限定值大小以及相關(guān)的判別系數(shù)整個失效模式中將主要失效模式進(jìn)行確定： </p><p>　　同時將與失效相關(guān)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(jìn)行刪去處理。在本結(jié)構(gòu)式子當(dāng)中，主要的失效模式應(yīng)該是上表中的④、①、③、②。通過計算，該結(jié)構(gòu)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(guān)的界定發(fā)可以對該設(shè)計框架實(shí)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(jié)構(gòu)體系本身的可靠度進(jìn)行調(diào)整 </p><p>　　設(shè)計框架體系相關(guān)的目標(biāo)可靠指標(biāo)必須滿足β為1.9（其中Pf值為0.

13、00872），因?yàn)樵谠O(shè)計框架體系中實(shí)際的可靠指標(biāo)β為1.52，所以必須對結(jié)構(gòu)抗力進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。 </p><p>　　我們根據(jù)機(jī)構(gòu)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(jìn)行計算： </p><p>　　通過上面的式子對每一個失效模式所相關(guān)的機(jī)構(gòu)構(gòu)件抗力進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，并且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身抗力大小的變化以及可靠性指標(biāo)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(guān)的調(diào)整系數(shù)進(jìn)行一定的假設(shè)，并且進(jìn)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(jié)構(gòu)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?yàn)榭奸_心指標(biāo)數(shù)值過大，所以必須再一次的進(jìn)行相關(guān)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(jìn)行抗力的調(diào)整，詳細(xì)的結(jié)果請參照小表3中所示，而可靠性指標(biāo)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(xì)的統(tǒng)計特性 </p><p>　　經(jīng)過一定的各抗力的調(diào)整以后，結(jié)構(gòu)體系本身的可靠性程度已經(jīng)與規(guī)范水平相當(dāng)，所以可以對整個建筑框架相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行完結(jié)記錄。 </p><p><b>　　四、小結(jié) </b></p><p>　　構(gòu)體系抗力

17、調(diào)整法，是一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)體系可靠度設(shè)計方法，這里的算例是根據(jù)等可靠度原則進(jìn)進(jìn)處理的，如果結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件有不同可靠度要求時，可靠度的調(diào)整還可以運(yùn)用功能函數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理。結(jié)構(gòu)體系的可靠性間題比較復(fù)雜，不同材料特性對形成結(jié)構(gòu)失效模式的影響，不同性質(zhì)的荷載效應(yīng)及其組合。對結(jié)構(gòu)體系可靠性分析的影響等。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1

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