建筑钢结构适用性能的可靠性分析与蒙特卡罗实现

摘要

围绕工程结构可靠性发展中的存在问题及其发展方向，对研究相对较少的建筑钢结构适用性(正常使用极限状态)方面进行了相应的分析和研究。 简单介绍了工程结构可靠性的基本概念以及工程结构可靠性分析中常用的几种实用计算方法。根据基于概率的“以性能为基础”的设计思想以及各种实用计算方法的特点和适用情况，探讨了工程结构可靠性分析的蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法。分析了蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法的基本思路及其实现过程。并且通过算例证实了该法的可行性。 鉴于适用性(正常使用极限状态)方面各规范对变形限值的规定还是以经验为主，而未根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)的要求对其进行校准的实际情况。分别采用蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法和传统的一次二阶矩法(FORM)对现行《钢结构设计规范》(GBJ17-88)的适用性进行了计算和对比分析，从而证实了蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法的正确性。计算和分析结果为规范对变形限值的规定提供理论依据，也可供修订规范参考。 目前，有关复杂工程结构可靠性分析的相关研究成果还很难应用于工程实际。有别于传统的分析和研究方法，将某些复杂建筑钢结构的可靠性与其某种性能联系起来并采用蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法对其进行可靠性分析(适用性方面)。证实了该方法的实用性，同时也为基于概率的“以性能为基础”的设计方法作了一些探索性的尝试。 最后，讨论了“影响正常使用”的振动问题及其实用控制和处理方法。结合工程实例对建筑钢结构中广泛使用的钢吊车梁进行了实测和分析，其结果可供工程设计参考，也可供修订规范参考。给出了一些控制“影响正常使用”的振动问题的建议。提出了采用蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法对结构进行振动可靠性分析的设想。

目录

文摘

英文文摘

1序言

1.1结构可靠性的研究历史

1.2结构可靠性的工程应用概况

1.3工程结构可靠性发展中的存在问题及其发展方向

1.4本文所要研究的内容及其意义

2工程结构可靠性分析及其实用方法

2.1工程结构不确定性

2.1.1事物的确定性和不确定性

2.1.2传统的确定性分析方法和基于概率的(不确定性)分析方法

2.2工程结构可靠性分析

2.2.1工程结构可靠性的基本概念

2.2.2工程结构可靠性分析的基本内容

2.2.3工程结构的极限状态

2.3工程结构可靠度及可靠指标

2.3.1工程结构可靠度

2.3.2工程结构可靠指标

2.4实用计算方法简述

2.4.1一次二阶矩法

2.4.2结构可靠度的蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟

2.4.3结构体系可靠度分析方法

2.5实用计算方法小结

3结构可靠性分析的蒙特卡罗有限元法及其算例

3.1有限元法

3.1.1有限元法概述

3.1.2有限元法的分析过程

3.2基于统计的随机分析——蒙特卡罗有限元法

3.2.1随机有限元法

3.2.2蒙特卡罗有限元法及其结构可靠性分析

3.3蒙特卡罗有限元法的ANSYS实现

3.3.1 ANSYS及其APDL语言简介

3.3.2可靠性分析过程

3.4算例

3.5小结

4建筑钢结构适用性(正常使用极限状态)分析与校准

4.1建筑钢结构适用性概述

4.2随机变量的统计分析

4.2.1材料性能及计算模式

4.2.2几何尺寸及截面几何特性

4.2.3设计荷载

4.3采用蒙特卡罗有限元法的分析与计算

4.3.1算例选取

4.3.2算例的计算分析结果

4.4采用一次二阶矩法(FOSM)的分析与计算

4.4.1建立极限状态设计表达式

4.4.2算例及其计算结果

4.5计算结果对比分析与建议

5复杂结构的适用性分析及影响正常使用的振动

5.1复杂建筑钢结构工程的适用性分析

5.1.1复杂结构的可靠性分析现状

5.1.2复杂结构的适用性分析

5.1.3工程实例1

5.1.4工程实例2

5.2影响正常使用的振动

5.2.1影响正常使用的振动概述

5.2.2钢吊车梁的实测与分析

6结论与展望

致谢

参考文献