工程結(jié)構(gòu)可靠度理論.ppt

第五章結(jié)構(gòu)體系的可靠度分析 前幾章所述的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法 如JC法 映射變換法 實(shí)用分析法及廣義隨機(jī)空間內(nèi)的可靠度方法 計(jì)算的是結(jié)構(gòu)一種失效模式 一個(gè)構(gòu)件或一個(gè)截面的可靠度 在此種情況下結(jié)構(gòu)的狀態(tài)只用一個(gè)功能函數(shù)描述 實(shí)際工程 結(jié)構(gòu)的狀態(tài)復(fù)雜 根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造 受力方式的不同 結(jié)構(gòu)所處狀態(tài)也不同 如對(duì)于一個(gè)冗余度很高的超靜定結(jié)構(gòu) 一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件的破壞并不意味著整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞 不同構(gòu)件的組合具有不同的結(jié)構(gòu)破壞形態(tài) 即使對(duì)一個(gè)構(gòu)件 在不同的受力狀態(tài)下 也會(huì)發(fā)生不同方式的破壞 如集中荷載作用下的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 既可發(fā)生受彎破壞 也可發(fā)生剪切破壞 對(duì)于整個(gè)構(gòu)件 受彎又受剪 的可靠度就應(yīng)該用體系可靠度的方法來(lái)計(jì)算 廣義的講 結(jié)構(gòu)體系可靠度研究的是多個(gè)功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠度問(wèn)題 一 基本概念1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效性質(zhì) 根據(jù)其材料和受力性質(zhì)不同 脆性構(gòu)件 一旦失效立即完全喪失功能的構(gòu)件 延性構(gòu)件 失效后仍能維持原有功能的構(gòu)件 構(gòu)件失效性質(zhì)的不同 對(duì)結(jié)構(gòu)體系可靠度的影響不同2 結(jié)構(gòu)體系的失效模型 組成結(jié)構(gòu)的方式 靜定 超靜定 構(gòu)件失效性質(zhì) 脆性 延性 串聯(lián)模型 并聯(lián)模型 串 并聯(lián)模型 按照結(jié)構(gòu)體系失效模式間的邏輯關(guān)系 結(jié)構(gòu)體系可靠度問(wèn)題分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系和并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系兩個(gè)基本類型 串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)中有一種或一個(gè)失效模式出現(xiàn)則整個(gè)結(jié)構(gòu)失效的結(jié)構(gòu)體系 并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)中全部失效模式出現(xiàn)是結(jié)構(gòu)才失效的結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)體系可靠度的分析主要包括兩方面的內(nèi)容 1 尋找主要的失效模式 2 計(jì)算結(jié)構(gòu)體系的失效概率 在尋找主要失效模式的過(guò)程中伴隨著大量的概率計(jì)算 因此兩方面密不可分 若結(jié)構(gòu)中任一構(gòu)件失效 則整個(gè)結(jié)構(gòu)也失效 這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為串聯(lián)模型 所有靜定結(jié)構(gòu)的失效分析 串聯(lián)模型 由脆性構(gòu)件做成的超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析 串聯(lián)模型 P P P S S 桁架桿件 1 串聯(lián)模型 若構(gòu)件中有一個(gè)或一個(gè)以上的構(gòu)件失效 剩余的構(gòu)件或失效的延性構(gòu)件 仍能維持整體結(jié)構(gòu)的功能 結(jié)構(gòu)中構(gòu)件全部失效時(shí)結(jié)構(gòu)才失效 排架柱 所有超靜定結(jié)構(gòu)的失效分析 并聯(lián)模型 2 并聯(lián)模型 3 串 并聯(lián)模型 在延性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)中 若結(jié)構(gòu)的最終失效狀態(tài)不限于一種 則這類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為串 并聯(lián)模型 鋼構(gòu)架 截面塑性鉸元件 1 5 2 3 4 1 1 1 5 5 5 2 4 4 4 3 3 2 1 2 4 5 1 3 4 5 2 3 4 由脆性構(gòu)件組成的超靜定結(jié)構(gòu)并聯(lián)子系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為一個(gè)單元 為串聯(lián)模型 當(dāng)一個(gè)元件發(fā)生破壞 就可近似認(rèn)為整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞 二 結(jié)構(gòu)主要失效模式的識(shí)別工程結(jié)構(gòu)通常都是超靜定的 存在很多可能的失效模式 如何有效的識(shí)別其中的主要失效模式是結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的核心問(wèn)題之一 近二十年來(lái) 世界各國(guó)學(xué)者開(kāi)展了這方面的研究 并提出一系列算法 如網(wǎng)絡(luò)搜索法 荷載增量法 分支 約界法 約界法 截止枚舉法 優(yōu)化準(zhǔn)則法及許多其他改進(jìn)算法 這些算法都需要進(jìn)行多次變結(jié)構(gòu) 將失效結(jié)構(gòu)的抗力作為外荷載 重分析 通過(guò)判別結(jié)構(gòu)剛度矩陣的行列式是否為0來(lái)判別結(jié)構(gòu)是否失效 計(jì)算量很大 限制了其在大 中型結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用 課本詳細(xì)介紹了基于線性隨機(jī)規(guī)劃法 提出的一種尋找結(jié)構(gòu)主要失效模式的有效算法 所謂尋找主要失效模式 就是在所有可能的結(jié)構(gòu)失效模式中 找出對(duì)結(jié)構(gòu)體系的失效概率概率貢獻(xiàn)較大的失效模式 這些失效模式實(shí)際上也就是失效概率較大的失效模式 需進(jìn)行多次結(jié)構(gòu)分析和概率分析 對(duì)于隨機(jī)線性互補(bǔ)問(wèn)題 可通過(guò)發(fā)展線性互補(bǔ)規(guī)劃中的Lemake算法 并結(jié)合簡(jiǎn)單的失效準(zhǔn)則求解隨機(jī)線性互補(bǔ)功能方程 Lemake算法的主要思想是通過(guò)選擇進(jìn)基變量進(jìn)行高斯消元 課本中主要就改進(jìn)的Lemake算法做了介紹 三 結(jié)構(gòu)體系可靠度的上下界 同一結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件的失效有一定相關(guān)性各失效形態(tài)間存在相關(guān)性 結(jié)構(gòu)體系可靠度的上 下界 各構(gòu)件的工作狀態(tài)Xi 失效狀態(tài)Xi 各構(gòu)件失效概率Pfi 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效概率Pf 1 串聯(lián)系統(tǒng) 元件 n個(gè) 工作狀態(tài)完全獨(dú)立 元件 n個(gè) 工作狀態(tài)完全相關(guān) 一般串聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf 對(duì)于靜定結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)體系的可靠度總 構(gòu)件的可靠度 2 并聯(lián)系統(tǒng) 元件 n個(gè) 工作狀態(tài)完全獨(dú)立 元件 n個(gè) 工作狀態(tài)完全相關(guān) 一般并聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf 對(duì)超靜定結(jié)構(gòu) 當(dāng)結(jié)構(gòu)的失效形態(tài)唯一時(shí) 結(jié)構(gòu)體系的可靠度總大于或等于