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基于响应面方法的空间张弦梁结构可靠度分析

杨俊  
【摘要】: 空间张弦梁结构是由单榀张弦梁结构交叉布置而成,在很多情况下与单榀张弦梁结构的受力性能是相似的。现代设计理论和方法都是建立在可靠度理论之上,作为一个新的结构形式,空间张弦梁结构有其自身特点,结合随机有限元方法对结构进行可靠度分析具有较高的效率。 本文结合空间张弦梁屋盖结构的实际工程,对考虑多个失效模式的结构可靠度及各模式之间相互影响、结构可靠度参数敏感度等方面进行了研究。 将二次响应面方法重构功能函数与随机有限元模拟相结合,以结构承载力比值作为输出变量拟合响应面方程计算结构静强度破坏的失效概率,利用设计验算点通过线性插值得到修正的采样中心,通过有限元抽样拟合新的功能函数,经过多次迭代后使可靠度指标具有较高的精度。 对空间张弦梁结构算例考虑多个失效模式的分析表明:一般而言,静强度破坏的失效概率很低,而位移控制超限的概率较高,全跨荷载作用下整体稳定控制的可靠度低于半跨情况。空间张弦梁结构中拉索的预应力大小对于初始状态和工作状态下的结构位移影响较大,但对使用阶段下结构抵抗变形的能力影响不大。因此,对起控制作用的位移失效模式而言,控制工作状态位移所对应的可靠度指标受预应力值影响较大,而控制工作状态位移增量所对应的可靠度指标几乎和预应力大小无关。把所考虑的几种模式视为一个串联体系,将失效概率很低的模式忽略后对系统可靠度几乎没有影响,失效概率比较接近的模式则不能忽略,通过相关系数矩阵,按照权重近似分配计算串联体失效概率方法既考虑了各模式之间的相关性,又反映了单一机构对串联体系可靠度的影响程度。 对空间张弦梁结构的可靠度敏感性分析结果表明:考虑不同的失效模式,对应的可靠度分析中最敏感因子和最不敏感因子是不同的,对于敏感系数很低的变量,将其视为常数处理可以减少抽样次数,提高效率。忽略最不敏感因子的变异性对于各种模式失效概率的计算产生误差不大,最敏感因子在设计中应予以足够重视。忽略最不敏感因子后,再将各失效模式视为一串联体系,按照近似概率权重分配计算的体系可靠度指标与考虑全部变量的情况基本一致。 所考虑的各模式中,荷载变量均是最敏感因子,而抗力中最敏感因子是不同的,当该变量的统计分布参数改变时,结构可靠度指标会发生明显的变化,其余变量的敏感系数也略有改变,某些情况下,随着分布参数的改变,其余变量会代替它成为最敏感因子。


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