关于结构体系可靠性的控制理论方法研究与探讨.ppt

关于结构体系可靠性的控制理论研究方法的探讨 工程结构有着与其他人造产物不同的特点，即：建造费用高,使用周期长。作为基础设施，工程结构不仅关系到国计民生，还会影响到一个国家的现代化进程，因此，保证结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用，满足设计要求的各项使用功能，及具有不需过多维护而能保持其自身工作性能的能力是至关重要的。 结构体系可靠性理论是20世纪80年代发展起来的一门新兴边缘学科，主要数学基础是概率论、决策论、博弈论和组合数学，主要手段是有限元法、边界元法和随机网络分析技术。 目前国内外对结构体系可靠度分析有两大途径：失效模式法，也称失效机构法；结构整体极限承载能力法，即结构塑性极限荷载法。 结构可靠性的基本内容 安全性 适用性 耐久性 按照现行结构可靠度设计统一标准的定义，结构可靠度为结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。 为保证结构的可靠性，首先要研究建造结构所使用材料的各项力学性能，结构上各种作用的特性，结构的内力分析方法及结构的破坏机理，除此之外，还要做到精心设计，选取合理的结构布置方案和保证结构具有明确的传力路径；精心施工，严格按照施工规程进行操作；正常使用，按设计要求使用结构并进行正常维护。 然而，即便如此，也不能保证结构绝对的安全或在使用过程中，还存在着种种影响结构可靠性的不确定性，即随机性、模糊性和知识的不完善性，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。 一次二阶矩方法 早期的可靠度计算方法是只考虑随机变量平均值和标准差的所谓“二阶矩模式”，可靠度用可靠指标表示。当功能函数中的随机变量服从正态分布时，可以很方便地利用正态概率分布函数计算结构的可靠概率或失效概率。 对于结构功能函数随机变量服从正态分布的情形，在概率密度曲线坐标中，功能函数的平均值为曲线的峰值点到结构功能函数等于0（极限状态方程）点的距离，可用标准差的倍数表示，这个倍数就是二阶矩模式中的可靠指标。而如果将结构功能函数随机变量线性变换为一个标准正态随机变量，则在新的概率密度曲线坐标中，可靠指标为坐标原点到极限状态面的距离。 结构体系的可靠度 目前主要采用失效模式法，结构体系可靠度的分析工作主要包括两个方面：一是主要失效模式的确定；另一个是结构体系失效概率的计算。 结构体系的基本类型： 并联结构体系：只有当结构中的每一个构件（或主要的部分）都失效时结构才失效（如群桩，悬索桥中的拉索等）。 串联结构体系：对于静定结构体系，结构每一个构件的失效都会导致整个结构体系的失效。 结构体系失效标准 极限状态是区分结构可靠和失效的标志。结构的极限状态可用功能函数来描述。例如，当有n个随机变量影响结构的可靠性时，整个结构存在有m个失效模式，第i个失效模式的功能函数可表示为：Zi=gi(X1，X2，?，Xn)(i=l，2，?，m)。其中，置(f=1，2，?，n)为结构上的作用效应、结构构件的几何参数、材料性能等基本变量。当Zi0时，结构处于可靠状态；当Zi=0时，结构处于极限状态；当Zi0时，结构处于失效状态。极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。结构的安全性属于承载能力极限状态，适用性和耐久性属于正常使用极限状态。 实际工程中大部分超静定体系，大多数都是以并联-串联体系形式而存在的。为分析方便，实际中多将并联-串联结构体系简化为有多个失效模式构成的串联结构体系，特别是对于理想的弹塑性结构。这样，工程中的体系可靠度问题就以串联结构体系的可靠度问题居多。 已提出多种寻找结构主要失效模式的方法，如网络有哪些信誉好的足球投注网站法、荷载增量法、分支- 约界法、 β-约界法、截止枚举法、线性规划法及许多其它改进的方法，其中应用较多的是分支-约界法。 结构主要失效模式的搜寻 一般情况下，即使是一个非常简单的结构体系，其失效模式也非常多，全部搜寻出来计算量会很大。 而实际上，在这些失效模式中，只有失效概率值较大的一部分对结构体系的失效概率有明显的贡献，称为主要失效模式，其他的则可以忽略掉。 分支-约界法的具体作法： 失效模式法的一些缺点 结构体系有很多失效模式，但很难确定全部失效模式，对于大型复杂结构体系，即使确定主要失效模式也很难。 各失效模式之间有相关性，如果考虑这些相关性的影响，则计算非常复杂。 不能考虑几何非线性的影响，会过高估计可靠度，影响结构可靠性。 为了克服失效模式法存在的问题，秦荣教授从结构整体极限承载能力出发分析结构可靠度，创立了大型复杂结构体系可靠度分析的新方法，这种方法可称结构极限荷载法，只寻找结构极限荷载，避免了寻找结构失效模式的困难，简化了计算结构失效概率的工作，突破了失效模式法的局限性,为大型复杂结构体系可靠度分析开拓了新途径。 弹性调整-QR 法 弹