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 實用分析法及廣義隨機空間內(nèi)的可靠度方法 計算的是結(jié)構(gòu)一種失效模式 一個構(gòu)件或一個截面的可靠度 在此種情況下結(jié)構(gòu)的狀態(tài)只用一個功能函數(shù)描述 實際工程 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 如對于一個冗余度很高的超靜定結(jié)構(gòu) 一個或幾個構(gòu)件的破壞并不意味著整個結(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) 即使對一個構(gòu)件 在不同的受力狀態(tài)下 也會發(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 對于整個構(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計算 廣義的講 結(jié)構(gòu)體系可靠度研究的是多個功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠度問題 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)體系可靠度問題分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系和并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系兩個基本類型 串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)中有一種或一個失效模式出現(xiàn)則整個結(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 計算結(jié)構(gòu)體系的失效概率 在尋找主要失效模式的過程中伴隨著大量的概率計算 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)件中有一個或一個以上的構(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)可簡化為一個單元 為串聯(lián)模型 當一個元件發(fā)生破壞 就可近似認為整個結(jié)構(gòu)破壞 二 結(jié)構(gòu)主要失效模式的識別工程結(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題之一 近二十年來 世界各國學(xué)者開展了這方面的研究 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)化準則法及許多其他改進算法 這些算法都需要進行多次變結(jié)構(gòu) 將失效結(jié)構(gòu)的抗力作為外荷載 重分析 通過判別結(jié)構(gòu)剛度矩陣的行列式是否為0來判別結(jié)構(gòu)是否失效 計算量很大 限制了其在大 中型結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用 課本詳細介紹了基于線性隨機規(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 找出對結(jié)構(gòu)體系的失效概率概率貢獻較大的失效模式 這些失效模式實際上也就是失效概率較大的失效模式 需進行多次結(jié)構(gòu)分析和概率分析 對于隨機線性互補問題 可通過發(fā)展線性互補規(guī)劃中的Lemake算法 并結(jié)合簡單的失效準則求解隨機線性互補功能方程 Lemake算法的主要思想是通過選擇進基變量進行高斯消元 課本中主要就改進的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 工作狀態(tài)完全獨立 元件 n個 工作狀態(tài)完全相關(guān) 一般串聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf 對于靜定結(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 工作狀態(tài)完全獨立 元件 n個 工作狀態(tài)完全相關(guān) 一般并聯(lián)系統(tǒng)失效概率Pf 對超靜定結(jié)構(gòu) 當結(jié)構(gòu)的失效形態(tài)唯一時 結(jié)構(gòu)體系的可靠度總大于或等于