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可展开折叠网壳结构极限承载力的可靠性研究

孙洪  
【摘要】: 可展开折叠网壳结构的极限承载力分析,是网壳结构设计制作的重点。影响网壳极限承载力的各因素具有随机性,传统的设计理论(网壳结构技术规程仍采用的是安全系数法来保证结构的安全储备)不能考虑各种不确定性因素对结构的影响,随着建筑结构可靠度理论的发展,迫切需要在折叠网壳结构设计制作中引入可靠性的概念,以概率的角度来保证结构具有令人们可以接受的失效概率。 首先根据试验、设计手册和参考文献分析总结出与折叠网壳极限承载力有相关影响的变量,并以数理统计的方法研究各变量的分布特性;在各变量的变化范围内,进行单参数的敏度分析,探索与承载力有较大影响程度的变量来作为可靠性分析的参数;鉴于折叠网壳的承载力和各设计变量之间是高度的非线性映射关系——传统的方程已不能表达其间的关系,为了寻求新的模拟理论,文中基于多层网络非线性映射定理的基本原理,采用BP神经网络来模拟承载力;同时对常见几何尺寸的折叠网壳进行了大规模参数化分析,建立网络模拟的初始样本,揭示了各设计参数和结构承载力之间的变化趋势,以及对结构受力机理的影响。 其次,基于建立的BP神经网络响应面模拟折叠网壳的极限承载力,依据可靠指标的几何意义,利用多变量有约束优化模型,并使用Matlab语言编制折叠网壳结构体系可靠度的计算程序。计算程序中考虑荷载的基本组合(恒载+活载),对于风荷载分有方向和无风向两种情况。根据其失效后影响程度,假定3和4两种安全系数,结合校准法,进行常见尺寸折叠网壳的可靠性计算,得出两种安全系数对应的可靠指标值,并对得到的可靠指标值进行统计分析,以平均值作为制定目标可靠指标的依据。计算结果表明,当安全系数为3时,目标可靠值为3.85,当安全系数为4时,可靠指标值为4.60。鉴于折叠网壳的特殊使用用途,其失效后造成的损失比常规建筑小的多,以3.85作为制定折叠网壳的目标可靠指标值,相应的失效概率为5.901e-5,在可以接受的范围内。


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