半刚性钢框架结构体系可靠度计算方法的研究

论文摘要

结构优化设计是工程结构设计的永恒主题。基于结构可靠度的优化设计是大势所趋,而其前提是对结构体系可靠度的研究分析。研究结构体系可靠度的计算方法是结构可靠度分析的重点。本文运用蒙特卡罗法,提出了一种考虑半刚性连接的钢框架体系的可靠度计算方法。本文首先编制了考虑连接半刚性的钢框架几何非线性的二阶弹性分析程序,然后通过分析不同连接刚度下和刚性连接下钢框架的变形和内力,说明了连接半刚性对内力分布和位移有明显的影响。接着本文以蒙特卡洛随机模拟理论为基础,描述了服从均匀分布的随机数的生成的数学方法,并编制了计算机程序,对产生的均匀分布序列的随机数性能进行各种检验,检验结果良好,表明该方法可用于产生各种概率分布的随机变量。最后本文在编制了半刚接钢结构平面框架的有限元程序的基础上,编制了基于蒙特卡洛法与有限元相结合的可靠度计算程序,进行体系可靠度的分析。通过实例分析得出:结构体系可靠指标随着连接刚度的减小表现出先增大后减小的趋势,这与工程实际相符;同时随机参数的变异性和分布类型均对可靠指标有影响。由此可见,在工程实际中,结构分析必需考虑连接的半刚性;运用体系可靠度表征结构的安全性才全面准确;基于可靠度的优化设计才能反映工程实际情况,做到真正意义上的经济可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 结构可靠性理论国内外研究状况
• 1.3 半刚性连接钢框架的特点
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 结构可靠性分析的基本理论
• 2.1 结构可靠度基本概念
• 2.1.1 结构可靠性与可靠度
• 2.1.2 结构功能函数与极限状态
• 2.1.3 结构可靠度与失效概率
• 2.2 结构可靠性分析方法
• 2.2.1 一次二阶矩法（FORM）
• 2.2.2 二次二阶矩法（SORM）
• 2.2.3 失效模式法
• 2.2.4 响应面法
• 2.2.5 随机有限元法（SFEM）
• 2.2.6 Monte-Carlo 模拟法
• 2.3 结构体系综合失效概率的计算
• 2.3.1 结构体系失效概率的基本表达式
• 2.3.2 区间估计法
• 2.3.3 点估计法
• 第3章 半刚性钢框架体系的结构分析
• 3.1 几种典型的弯矩与转角关系模型
• 3.1.1 线性模型
• 3.1.2 多项式模型
• 3.1.3 幂函数模型
• 3.1.4 指数函数模型
• 3.2 考虑轴力作用和剪切变形作用的梁柱构件单元刚度方程
• 3.3 考虑连接半刚性的梁柱构件单元刚度方程
• 3.4 半刚性钢框架体系二阶弹性分析程序SFFEA
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 结构分析程序SFFEA 流程图
• 3.5 通用有限元软件ABAQUS 分析半刚性钢框架
• 3.5.1 单元选择
• 3.5.2 建模与求解
• 3.6 SFFEA 与ABAQUS 计算结果对比
• 3.6.1 算例说明
• 3.6.2 结果对比与结论
• 3.7 半刚性钢框架静力性能的实例分析
• 3.7.1 算例
• 3.7.2 内力与位移分析
• 3.7.3 转动刚度的影响分析
• 3.7.4 结果的讨论
• 第4章 半刚性钢框架结构体系可靠度分析方法
• 4.1 常用的概率分布形式
• 4.2 均匀分布随机数的产生
• 4.2.1 乘同余法
• 4.2.2 混合同余法
• 4.3 均匀分布随机数的统计检验
• 4.3.1 均匀性检验
• 4.3.2 独立性检验
• 4.3.3 参数检验
• 4.4 Matlab 下的均匀随机数生成与检验
• 4.4.1 均匀随机数的生成
• 4.4.2 均匀随机数检验成果与分析
• 4.5 任意分布随机数的产生
• 4.6 结构体系可靠度分析的蒙特卡洛法
• 4.7 结构体系失效判定准则
• 4.8 Monte Carlo 法与有限元相结合的结构体系可靠度分析
• 4.8.1 体系可靠度计算程序简介
• 4.8.2 程序流程图
• 4.9 工程实例
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢