刘海鑫[1]2003年在《建筑钢结构适用性能的可靠性分析与蒙特卡罗实现》文中指出围绕工程结构可靠性发展中的存在问题及其发展方向，对研究相对较少的建筑钢结构适用性（正常使用极限状态）方面进行了相应的分析和研究。简单介绍了工程结构可靠性的基本概念以及工程结构可靠性分析中常用的几种实用计算方法。根据基于概率的“以性能为基础”的设计思想以及各种实用计算方法的特点和适用情况，探讨了工程结构可靠性分析的蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法。分析了蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法的基本思路及其实现过程。并且通过算例证实了该法的可行性。鉴于适用性（正常使用极限状态）方面各规范对变形限值的规定还是以经验为主，而未根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）的要求对其进行校准的实际情况。分别采用蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法和传统的一次二阶矩法（FORM）对现行《钢结构设计规范》（GBJ17-88）的适用性进行了计算和对比分析，从而证实了蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法的正确性。计算和分析结果为规范对变形限值的规定提供理论依据，也可供修订规范参考。目前，有关复杂工程结构可靠性分析的相关研究成果还很难应用于工程实际。有别于传统的分析和研究方法，将某些复杂建筑钢结构的可靠性与其某种性能联系起来并采用蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法对其进行可靠性分析（适用性方面）。证实了该方法的实用性，同时也为基于概率的“以性能为基础”的设计方法作了一些探索性的尝试。最后，讨论了“影响正常使用”的振动问题及其实用控制和处理方法。结合工程实例对建筑钢结构中广泛使用的钢吊车梁进行了实测和分析，其结果可供工程设计参考，也可供修订规范参考。给出了一些控制“影响正常使用”的振动问题的建议。提出了采用蒙特卡罗（Monte Carlo）有限元法对结构进行振动可靠性分析的设想。
张扬, 戴国欣[2]2004年在《建筑钢结构适用性分析与蒙特卡罗实现》文中研究指明基于概率理论探讨了蒙特卡罗(MonteCarlo)有限元法的概念,采用大型通用有限元程序ANSYS提供的APDL语言将其结构分析与其PDS模块的统计分析能力相结合,实现可靠性分析的蒙特卡罗有限元法。结合建筑钢结构设计算例详尽叙述了该方法实现的流程。由于结构对适用性的控制要求低于对安全性的控制要求,适用性分析所用样本数只需承载能力极限状态分析时样本数的千分之一就能满足工程精度要求。
刘占省[3]2007年在《空间结构体系可靠度分析及关键构件的判定与应用》文中研究说明本文针对空间结构的特征，应用结构体系可靠度的分析方法，对空问结构进行了系统研究。研究主要内容如下：首先描述了工程结构可靠性的基本概念和工程结构可靠性分析中常用的几种实用计算方法。根据基于概率的“以性能为基础”的设计思想以及各种实用计算方法的特点和适用情况，探讨了工程结构可靠性分析的蒙特卡罗有限元法和响应面法。基于蒙特卡罗有限元法和响应面法的基本思路，应用ANSYS软件中的相应模块，实现了分析过程的程序化。并应用上述两种方法分别计算空间结构的可靠度，并通过算例证实了方法的可行性。然后从空间结构的各自特点出发，提出寻找空间结构体系中关键构件方法。基于ANSYS的可靠度分析过程，判断出结构体系可靠度中的关键构件，发展了空间结构的体系可靠度评估方法。根据工程实践，应用通用的非线性有限元分析程序ANSYS对结构体系进行极限承载力分析。最后，根据我国钢结构构件及节点的统计参数分析给出空间结构体系承载力的统计参数，即在ANSYS的计算结果以及抽样基础上，应用MATLAB对空问结构的极限承裁力进行及检验，从而得到了极限承载力的统计参数。接着建立结构体系的极限状念方程，运用一次二阶矩法实现了结构体系的可靠度分析。
齐高龙[4]2008年在《基于节点施工质量的空间网架可靠性有限元分析及其神经网络技术》文中提出作为大跨度空间结构的一种常见结构形式,网架结构广泛应用于建筑工程领域之中。面对目前网架结构跨度不断增大的趋势,一旦出现问题难于加固和修理,因此对整个网架结构的可靠性研究便显得越来越重要。在现有的网架结构可靠性设计中,是针对确定性情况下的结构构件可靠性设计,而对于工程实际中大量存在的不确定性因素和模糊因素则往往忽略不计;同时在可靠性设计的过程中未考虑节点处施工质量对结构可靠性的影响。本文主要研究了上述的两个方面,并在考虑焊接施工质量的影响下,运用神经网络技术建立了网架结构可靠性的检测模型。在确定网架结构体系可靠性设计模型的过程中,本文引入随机变量的概念,依据网架结构相关的设计计算方法,建立网架结构的可靠性设计模型,并通过算例计算分析随机变量的不确定性对网架结构可靠性的影响。在考虑施工质量的网架结构体系可靠性设计模型中,针对焊接节点网架结构施工中经常出现的缺陷,提出用刚度退化法仿真施工质量对焊接节点网架可靠性的影响,运用ANSYS软件基于蒙特卡罗(Monte Carlo)有限元法,对一网架工程实例进行可靠性分析,研究了施工质量对结构可靠性的影响。该方法可以为工程设计部门在复杂空间网架的可靠性计算中如何考虑施工质量影响提供帮助。文章最后在基于神经网络的BP算法,考虑焊接施工缺陷的网架结构可靠性计算基础上,运用MATLAB编制程序,建立了适用于考虑焊接施工质量的网架可靠性检测模型,为工程检测人员提供帮助。
杨渊[5]2016年在《铸钢件力学性能试验研究及铸钢塔结构分析》文中研究表明铸钢材料以其良好的力学性能和适用性,主要以铸钢节点的形式在建筑工程中得到广泛应用,伴随着这种发展,我国已经有铸钢结构建成。由于铸钢结构在国内的工程应用不多,相关研究很少,在分析、设计和施工方面遇到一些亟待解决的课题,包括铸钢结构的基本单元-铸钢件的力学性能,铸钢材料的不均匀性对铸钢件和铸钢结构的影响,铸钢结构在施工过程中的力学性能,铸钢结构的设计方法等,这些课题解决与否直接影响到铸钢结构的推广和应用。本文主要围绕上述问题,以国内已有的两座铸钢塔结构为背景,采用数值模拟分析与试验研究相结合的方法,开展了系统的分析研究,取得了一些具有科学意义和工程应用价值的研究成果。分析归纳建筑工程中可以使用的铸钢牌号的化学成分和力学性能,按照现有的铸钢材料性能分项系数,得出了这些牌号铸钢的设计指标,满足现有工程应用;针对铸钢塔结构的基本单元-一种包含构件和节点在内的空间曲线铸钢件,通过足尺模型的验证性试验和破坏性试验与有限元数值模拟,系统研究了空间曲线铸钢件的力学性能,揭示了其受力特性、承载能力和破坏模式,全面验证了空间曲线铸钢件的安全性和可靠性;通过概率理论和有限元数值模拟,建立了考虑铸钢材料不均匀性的随机有限元模型,结合理想有限元模型结果和试验结果,分析了铸钢材料不均匀性对铸钢件力学性能的影响,揭示了材料不均匀性对铸钢件应变分布和极限承载力的影响规律;通过概率理论和有限元数值模拟,建立了铸钢塔结构考虑铸钢材料不均匀性的随机有限元模型,分析了铸钢材料不均匀性对铸钢塔结构力学性能的影响,揭示了材料不均匀性对铸钢塔结构应力应变分布和动力性能的影响规律;通过有限元数值模拟和实时监测,建立理想施工模型和考虑实际施工偏差的施工模型,研究了铸钢塔结构施工过程中的力学性能,揭示了施工方案和施工偏差对结构静力性能的影响规律以及铸钢塔在施工阶段的实际力学特性;结合铸钢构件设计和铸钢节点设计,得到了铸钢结构的分析和设计方法,并对铸钢件的加固进行了研究,形成一套铸钢结构的设计方法。为《铸钢结构技术规程》JGJ的编制工作提供了参考,也为未来铸钢结构的推广应用提供了技术依据。
杜文风[6]2007年在《基于性能的空间网壳结构设计理论研究》文中认为随着空间网壳结构向着跨度更大、体系更复杂、设备更昂贵、影响更深远的方向发展，结构在地震、台风等灾害作用下产生的经济损失日益巨大，这一新特征已引起许多学者的广泛关注和深刻反思。本文针对上述问题，从基于性能的设计思想出发，综合空间网壳结构的具体特点，动力失效理论和基于概率的荷载及组合理论，建立了基于性能的空间网壳结构设计理论研究框架，并进行了深入研究。空间网壳结构动力失效理论和基于概率的荷载及组合理论是实现性能化设计的基础。本文在现有成果的基础上，对网壳结构动力失效理论作了进一步研究。阐述了网壳结构动力失稳和动力强度破坏这两种可能的失效机理；针对动力失稳，提出了一种新的判定准则-应力变化率准则；针对动力强度破坏，提出了能量与变形的双控准则，并给出了动力破坏指数这一新的指标。对不同跨度、不同矢跨比的单层Keiwitt型网壳结构的动力失效全过程、失效机理和失效特征进行了数值计算和深入分析，通过理论研究和前人试验结果，将单层Keiwitt型网壳结构的动力破坏程度划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌五个状态，并建立了相应的分界指标。本文在前述研究成果的基础上，对空间网壳结构的寿命周期总费用评估和基于投资-效益准则的优化设计方法进行了深入的研究。通过分析网壳结构的组成、材料单价，建立了网壳结构初始造价的计算模型。针对现有网壳结构维护费用的调研，建立了计算维护费用的数学模型。在深入研究网壳结构动力失效理论的基础上，结合工程价值、社会价值等多角度的分析，建立了失效费用的计算方法。在此基础上应用APDL语言编制了基于ANSYS的网壳结构寿命周期总费用的计算流程和应用程序。本文分析了空间网壳结构基于投资-效益准则的非线性、多变量、少约束、离散变量的优化设计特征，并且证明了在用钢量相同的情况下，按满应力原则配置的空间杆系结构的刚度最大，进而提出了综合考虑结构初始造价、维护费用及失效后果的全局优化设计的满应力调控法。该方法通过引入调控系数λ来调控满应力设计时的控制应力，并获得分别取不同的调控系数时按照满应力设计的结构配置方案，再计算这些结构配置方案的寿命周期总费用，最后从中选择最小者即为最优方案。应用上述寿命周期总费用的应用程序和满应力调控法便可计算获得以寿命周期总费用最小为优化目标的空间网壳结构，以及相应的最优目标可靠指标、目标控制位移、最优矢跨比等参量。本文应用上述理论研究成果对单层Keiwitt型网壳结构进行了全面分析，并同现行规范设计方法进行了比较，提出了基于性能的结构重要性系数的概念，并在大量数值分析的基础上给出了基于性能的单层Keiwitt型网壳结构重要性系数的参考数值。在现行设计方法中使用基于性能的重要性系数，可实现性能化设计与现行规范方法的有效结合。本文将基于性能的设计思想引入到空间结构领域，并进行了探索性的研究，得到了一些有益结果和结论。这些研究成果可供实际工程、现行规范和进一步研究参考，同时为网壳结构全面实现性能化设计提供了有价值的依据。
张忠秀[7]2004年在《方钢管混凝土柱—钢梁—核心筒住宅结构体系可靠度研究》文中指出本文通过对“现代中高层钢结构住宅体系研究”的研究,同时结合大量的试验研究和理论分析,可得到如下结论:1.对钢—混凝土组合结构住宅进行大量的试验工作,对其力学性能进行研究,进行了方钢管混凝土柱框架结构整体试验研究,结构整体受力特性与耗能支撑的研究和试点工程震动性能的试验研究。试验结果表明,方钢管混凝土柱——钢梁——核心筒结构体系具有抗地震能力强,抗冲击能力强等优点。2.本文提出两种钢结构住宅结构构件可靠度研究方法——结合全周期抽样的搜索自适应重要抽样法和基于黎曼积分的模糊区间可靠性计算方法。结合全周期抽样的搜索自适应重要抽样法,使得确定抽样密度函数数字特征的计算效率大幅提高,并可得到抽样密度函数更理想的抽样位置和收敛速度更快的失效概率计算结果,从而达到了提高 Monte Carlo 方法计算效率的目的。可用于大型结构系统的研究开发。3. 本文提出的基于黎曼积分的模糊区间可靠性计算方法在如何充分利用现有的设计资料和数据,借助于设计人员的经验和判断进行方钢管可靠性分析方面作了初步的探讨。在存在的模糊信息的可靠性分析中,探讨怎样将现有的设计资料和数据定量的表示在模糊信息中,供模糊设计参考,本文成功的将该方法应用于方钢管混凝土柱的可靠性分析。4.方钢管混凝土——钢梁——核心筒结构住宅体系是包括钢管混凝土、钢梁、钢骨混凝土等多种材料,包含刚结点和铰结点的复杂混合结构体系。本文提出了刚架——桁架混合结构体系修正杆元刚度矩阵和等效节点力的计算方法,在此基础上编写了有限元分析程序,可以解决由多种材料组成,包含刚结点和铰结点的混合结构体系在各种荷载作用下的体系可靠度分析问题,并通过实例计算验证了方法的适用性和准确性。
严仁章[8]2015年在《滚动式张拉索节点弦支穹顶结构分析及试验研究》文中研究指明弦支穹顶结构施工的关键环节在于将预应力设计值准确地施加到结构中去,工程中常采用张拉环索方式施加预应力。为减小索撑节点处的摩擦损失,可在撑杆下节点处运用滚动式张拉索节点。通过试验方法研究这种引入了滚动式张拉索节点的弦支穹顶结构的力学性能,并定量对比分析弦支穹顶与上部单层网壳的静力性能,对评估滚动式张拉索节点弦支穹顶的高效能性具有重要意义。由于椭球形弦支穹顶自身的几何特征,张拉环索这一高效施工方式能否直接应用于椭球形弦支穹顶,直接影响了弦支穹顶的推广应用。滚动式张拉索节点的引入虽能有效减小摩擦损失,但既有研究表明其不能完全克服摩擦,因此在结构的有限元分析中如何在单元层面考虑拉索与撑杆下节点间的摩擦,以准确评估结构的整体性能。以及张拉过程中的预应力随机误差对结构整体性能的影响,都是弦支穹顶结构体系的理论研究过程中需要解决的问题。本文即针对这种采用了新型滚动式张拉索节点的弦支穹顶结构展开了深入的研究。滚动式张拉索节点对结构性能改善程度的最直接衡量标准是检测出节点两侧索力值,以计算该节点处的预应力摩擦损失值。基于直接测量法提出了一种适用于弦支穹顶结构试验研究的索力测试方法,并通过试验研究、理论分析验证其可靠性及应用范围。提出了一种适用于张弦结构体系的等效摩擦单元,进而建立了张弦结构考虑拉索与撑杆下节点间摩擦的有限元分析方法,并通过试验研究验证了该摩擦单元的适用性。将等效摩擦单元应用到张弦桁架结构的有限元分析中,得到了预应力摩擦损失对张弦桁架结构整体性能的影响规律。分别开展了带滚动式张拉索节点的弦支穹顶结构和其上部单层网壳结构的理论分析和试验研究,并对比分析了弦支穹顶和相应单层网壳的静力性能。基于单层网壳内的力流传递规律和杆件的空间位置关系,提出了一种杆件内力近似计算方法,推导了网壳在球坐标系下的有限元计算方法;建立茌平体育馆弦支穹顶的1:10缩尺模型,拉索张拉前开展了单层网壳的静力试验,得到了单层网壳在半跨和全跨荷载作用下的内力分布特征,同时验证了理论分析的正确性;开展了弦支穹顶的张拉试验和静力试验,采用高精度的激光跟踪仪全程跟踪测量关键测点位移,揭示了弦支穹顶张拉过程中的结构内力和变形变化规律,得到了弦支穹顶在全跨与半跨荷载作用下的内力分布特征。针对椭球形弦支穹顶结构同圈环索内力有可能不等,从而不能采用张拉环索这一高效施工方式的情况,分析了3种常见椭球形弦支穹顶结构索撑体系的初始平衡态,得到了椭球形索撑体系同圈环索内力相等的必要条件;针对同圈环索内力不等的案例,采用扩展力密度法对索撑体系重新找形,得到了同圈环索内力相等时的形态;根据环索内力的分布规律提出了张拉环索时张拉点的合理布置建议。弦支穹顶结构的预应力误差不可必免地存在,基于概率统计原理,以一实际工程为背景,研究了弦支穹顶结构的各项力学性能对环索内力随机误差的敏感性,以及随机误差对各项力学性能的具体影响程度。明确了弦支穹顶结构最外圈环索在结构中的重要作用以及对结构的重要影响程度,提出了弦支穹顶预应力施工过程中严格控制最外圈环索内力张拉精度的建议。
马康[9]2017年在《基于节点失效特征的钢框架地震易损性分析研究》文中进行了进一步梳理在强烈地震作用下,钢框架梁柱焊接节点出现脆性断裂,以致引起结构严重的破坏。传统的杆件模型、实体模型、精细模型、多尺度模型、弹簧杆件模型对钢构件、节点的承载力和刚度退化的模拟和预测无法同时达到准确性和高效性,往往会低估结构变形、高估结构抗倒塌能力,存在一定的安全隐患。本文根据钢框架中常见的栓焊节点失效模式,提出了能够兼顾准确性和高效性的模拟钢框架结构损伤退化的理论模型,通过有限元程序的开发,实现了考虑节点转动钢框架结构的弹塑性动力时程分析,发展了一种有效的地震易损性分析手段。论文的工作主要包含以下五个方面:(1)对比分析钢结构有限元常用模型(杆件模型、实体模型、精细模型、多尺度模型、弹簧杆件模型)的优缺点及适用范围。在此基础上,提出采用栓焊节点的弯矩-转角曲线的特征点定义弹簧单元,建立考虑节点失效特征的弹簧杆件模型,建立节点失效状态和荷载-位移曲线特征点的对应联系。通过强轴和弱轴节点试验、钢框架拟静力试验、振动台试验验证模型在静力非线性和动力非线性模拟的准确性和高效性。通过对比ANSYS和SAP2000软件所建立模型的周期和振型等动力特性,验证建模方法的对实际结构的有效性和适用性(第2章)。(2)从设防水准、性能水准、性能目标叁个方面对比分析中国和美国有关基于性能抗震设计规范的相同和区别。结合已有关于性能的文献和钢框架的性能分析,对钢框架的性能水平定义、破坏等级划分、性能指标选定。采用考虑节点转动特性的弹簧杆件模型和杆件模型,建立钢结构单榀模型和整体结构模型,施加合适的侧向加载模式,分别进行静力弹塑性分析,根据节点的失效状态确定界限限值和划分破坏状态,提取Pushover曲线的关键性能点,绘制出结构的抗震能力曲线。研究节点转动能力、空间效应、楼板作用对结构抗震能力的影响(第3章)。(3)以地震峰值加速度(PGA)作为地震动强度参数,以结构层间最大位移角(ISDA)、顶点最大位移角(RDA)作为结构地震需求参数,建立钢框架结构地震需求模型。根据场地特征、地震分组等信息选取22条太平洋地震数据库中的地震波和6条中国地震波,将地震动强度划分为9级覆盖并包含抗震叁水准。采用增量动力分析(IDA)方法对单榀和整体钢框架结构的单向和多向地震动时程分析,从地震响应分析、地震需求模型、叁水准地震分析等叁方面,研究节点转动能力、空间效应、楼板作用、多向地震波对钢框架地震响应的影响(第4章)。(4)考虑12个结构不确定性因素和1个地震动不确定性因素,采用拉丁超立方抽样方法对100个“结构-地震动”样本对钢框架进行地震需求分析。将“结构-地震动”样本的地震需求模型与叁向地震需求模型对比分析,使用SPSS软件定量分析地震动不确定性和结构不确定性对地震响应参数的影响(第5章)。(5)在地震需求分析和地震能力分析的基础上分别对钢框架单榀结构和整体结构进行单向地震动和多向地震动的易损性分析。采用基于概率统计的理论分析方法,研究在给定地震动强度的前提下结构地震需求超越抗震能力的概率,分别以层间最大位移角(ISDA)、顶点最大位移角(RDA)作为性能指标绘制各种模型的地震易损性曲线,研究空间效应、楼板作用、节点转动以及地震动的多向对结构易损性的影响。在叁级地震设防水准的基础上,增加考虑特大地震水准,分别提取结构的各个性能水平的超越概率,并与抗震规范对比,对钢框架地震易损性分析的给出一定的合理建议,为结构抗震安全评估提供参考依据(第6章)。
刘阳冰[10]2009年在《钢-混凝土组合结构体系抗震性能研究与地震易损性分析》文中研究表明钢-混凝土组合结构在我国得到迅速的发展和越来越广泛的应用,但目前国内外大部分组合结构还未经过强震检验,对结构抗震性能的研究亦不够充分。本文采用理论分析和数值模拟方法,对钢―混凝土组合结构的抗震性能和地震易损性等问题进行了研究。主要工作和取得的成果有:(1)在已有方钢管混凝土构件试验和理论研究的基础上,通过理论分析和大量的参数分析,提出了一种方钢管混凝土柱塑性屈服面快速确定方法。对现有方钢管混凝土柱和钢―混凝土组合梁的叁折线弯矩-曲率关系曲线进行了修正,提出了适用于钢-混凝土组合梁和方钢管混凝土柱弹塑性分析的四折线弯矩-曲率本构曲线。(2)进行了钢―混凝土组合框架结构抗震性能分析,较为系统地对比了五种不同类型框架结构的受力、变形性能以及破坏状态。初步提出了实现组合梁-方钢管混凝土柱框架结构“强柱弱梁”的设计公式,为组合框架结构的设计提供参考。(3)给出了一种基于性能的结构地震易损性分析方法。定义了结构整体和楼层的四个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。对两个不同类型的钢―混凝土组合框架结构进行了地震易损性分析,对结构的易损性能进行评估。讨论了地震需求变异性的影响,研究了基于全概率和半概率的结构地震易损性分析方法的差异和转化关系。(4)对组合框架―混凝土核心筒结构的抗震性能进行了弹塑性地震反应分析和参数影响分析。研究了框架伸臂梁连接方式,梁柱截面、核心筒厚度等参数对结构变形和受力性能的影响,探讨了组合框架―混凝土核心筒结构的地震破坏模式、分析了结构变形和外框架剪力随地震作用增大的变化规律,可为结构的设计提供参考。对比了Pushover方法和弹塑性时程方法计算结果的差别,讨论了Pushover方法的适用性。
参考文献：
[1]. 建筑钢结构适用性能的可靠性分析与蒙特卡罗实现[D]. 刘海鑫. 重庆大学. 2003
[2]. 建筑钢结构适用性分析与蒙特卡罗实现[J]. 张扬, 戴国欣. 建筑科学. 2004
[3]. 空间结构体系可靠度分析及关键构件的判定与应用[D]. 刘占省. 哈尔滨工程大学. 2007
[4]. 基于节点施工质量的空间网架可靠性有限元分析及其神经网络技术[D]. 齐高龙. 同济大学. 2008
[5]. 铸钢件力学性能试验研究及铸钢塔结构分析[D]. 杨渊. 天津大学. 2016
[6]. 基于性能的空间网壳结构设计理论研究[D]. 杜文风. 浙江大学. 2007
[7]. 方钢管混凝土柱—钢梁—核心筒住宅结构体系可靠度研究[D]. 张忠秀. 天津大学. 2004
[8]. 滚动式张拉索节点弦支穹顶结构分析及试验研究[D]. 严仁章. 天津大学. 2015
[9]. 基于节点失效特征的钢框架地震易损性分析研究[D]. 马康. 东南大学. 2017
[10]. 钢-混凝土组合结构体系抗震性能研究与地震易损性分析[D]. 刘阳冰. 清华大学. 2009
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