建筑钢结构可靠度浅谈.doc

建筑钢结构可靠度浅谈涂志强万敏南昌江铃设计有限责任公司南昌摘要本文围绕建筑钢结构的可靠度分析总结了建筑钢结构分析方法的演化以及提出了建筑钢结构可靠度的分析和各种方法的比较为实际建筑钢结构的可靠度分析提供一定参考关键词建筑钢结构结构可靠度蒙特卡洛法引言结构计算主要解决两方面的问题一方面是如何考虑材料固有的性能使结构的力学分析日趋完善另一方面是如何合理地选择影响结构安全的参数安全系数取大些荷载值取大些就多用材料安全系数取小些荷载值取小些就少用材料如何在结构的可靠性与经济性之间选择一种最佳的平衡力求以最经济的途径使所建造的结构以适当的可靠度满足各种预定的功能要求是结构设计要解决的根本问题以概率论为基础的可靠性理论极限状图可靠度分析框架态设计法得到发展它引入结构可靠度的概念用概率来描述结构可靠性的问题这就使复杂的可靠性问题变成一个可以用数学方法近似处理的问题从而有了比较科学的分析和解决的方法见图结构可靠性的基本概念结构的可靠性是指结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的能力度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度其定义为结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率可见结构可靠度是结构可靠性的概率度量显然我们要求所设计的结构应具有足够大的可靠度来保证不致达到规定的极限状态只有这样才能认为结构满足预定的功能要求建筑钢结构设计方法的演进一容许应力法的设计原则是结构构件的计算应力不得大于结构设计规范所给定的容许应力设计公式的格式为其中是结构材料的屈服应力或极限应力的标准值即为安全系数代表结构构件在某一工况下由荷载标准值求得的计算应力二塑性设计法的设计原则是结构构件的塑性极限承载力应不低于标准荷载引起的构件内力乘以安全系数设计公式的格式为三极限状态法为了克服上述缺陷采用抗力和荷载分项系数代替原来单一安全系数的极限状态设计法成为现行世界各国的主要设计方法极限状态设计法就是要求保证结构在使用期内不进入各种极限状态设计公式的格式为建筑钢结构体系设计的可靠度研究的不仅仅是结构杆件的可靠度如拉压弯剪扭等失效模式下的可靠度在工程实践中的各种建筑物是多根多种杆件所组成的结构体系其中某一杆件的失效并不意味着整个结构体系的失效故在工程结构可靠度的研究中必须在结构杆件可靠度研究的基础上进而研究结构体系的失效模式及某体系可靠度文献采用随机有限元法考查了用规范设计的三个平面钢框架结构构件的实际可靠度水平发现各构件的实际可靠度并不一致除个别情况外大多数情况构件的实际可靠度要比其设计的目标可靠度大到文献则研究了结构塑性对构件可靠度水平的影响发现考虑结构材料非线性时构件的失效概率可能是线弹性分析所得结果的倍要彻底克服上述所说的现行钢框架体系可靠度设计方法的缺陷必须建立以结构整体承载极限状态为目标的结构设计方法为此一些学者提出了高等分析与设计的概念基于可靠度的高等钢结构设计方法未来的设计方法应基于结构整体承载极限状态分析和结构体系可靠度评价将钢结构高等分析与结构体系可靠度计算相结合建立基于可靠度的钢结构高等设计方法将是新世纪钢框架体系设计方法发展的必然趋势设计公式的格式可以表示为设计公式的形式虽然与相似但不难看出是以结构体系整体承载为目标和设计对象的新型设计方法结论建筑钢结构的可靠度分析是非常有必要的采用何种方法也是决定了分析的精度和合理性目前是极限状态设计法从构件层次向结构层次的演进是结构设计方法的一次变革不难预料采用不仅能克服现行设计方法的缺陷带来更经济合理的结构设计还能简化结构设计的过程同时给业主和设计人员带来实惠和方便取得良好的社会和经济效益应用前景相当广阔因而建筑可靠度的计算分析必将更加趋于合理化和实际性参考文献李进军变截面门式钢刚架非线性分析及整体可靠度设计理论研究博士学位论文同济大学建筑工程系年月上海