【摘要】：針對大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)敏感性,以及自振頻率低且分布密集等特點(diǎn),本文從概率的角度應(yīng)用可靠度理論考慮不確定性因素對風(fēng)致響應(yīng)的影響,建立了一套適用于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的基于可靠度理論的抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中以雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為優(yōu)化對象,采用最優(yōu)準(zhǔn)則法(Optimality Criteria,簡稱OC法)為優(yōu)化算法,以結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù),并考慮了豎向位移、拉應(yīng)力強(qiáng)度和壓桿穩(wěn)定三類可靠性約束條件,通過調(diào)整桿件截面尺寸,達(dá)到既滿足結(jié)構(gòu)抗風(fēng)安全性能的可靠性要求又實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)總重最小化的目的。主要包含以下內(nèi)容:(1)根據(jù)風(fēng)工程中不確定性來源的分類,選取平均風(fēng)速、結(jié)構(gòu)阻尼比和峰值因子作為隨機(jī)變量,分別用于考慮風(fēng)場、結(jié)構(gòu)自身特性、結(jié)構(gòu)與風(fēng)場的相互作用中的不確定性。采用諧波激勵法(Harmonic Excitation Method,簡稱HEM法)計(jì)算大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)。合理選取試驗(yàn)點(diǎn),通過基于多項(xiàng)式的響應(yīng)面法(Response Surface Method,簡稱RSM法)構(gòu)造關(guān)于隨機(jī)變量的顯式結(jié)構(gòu)功能函數(shù),解決了因大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為隱式而難以進(jìn)行可靠性分析的問題,并計(jì)算了雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的失效概率。(2)為了避免功能函數(shù)非線性程度較高時(shí)改進(jìn)的一次二階矩法(Advanced First Order Second Moment,簡稱AFOSM法)可能出現(xiàn)的不收斂情況,以及蒙特卡洛法計(jì)算量大的問題,采用逆可靠度方法對確定性抗風(fēng)優(yōu)化后的雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性評估。通過一次逆可靠度算法求得考慮不確定性因素后的風(fēng)致響應(yīng),直接通過風(fēng)致響應(yīng)與規(guī)范限值的比較來評估結(jié)構(gòu)是否滿足可靠性要求。結(jié)果表明,確定性抗風(fēng)優(yōu)化后的雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不滿足可靠性要求。(3)對雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于可靠度理論的抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì),采用序列優(yōu)化與可靠度評定方法(Sequential Optimization and Reliability Assessment Method,簡稱SORA法)將可靠性評估環(huán)節(jié)與確定性優(yōu)化環(huán)節(jié)分離以提高優(yōu)化效率,僅經(jīng)過三個循環(huán)周期便達(dá)到了收斂。結(jié)果表明,確定性抗風(fēng)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)總重比優(yōu)化前減少了30.2%,而可靠性抗風(fēng)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)總重比優(yōu)化前減少了15.2%,說明考慮不確定性時(shí),結(jié)構(gòu)總重比確定性優(yōu)化增加了15.1%,表明了在抗風(fēng)優(yōu)化中考慮不確定性因素的必要性。(4)通過四種考慮不同可靠性約束組合的設(shè)計(jì)方案對比得知,壓桿穩(wěn)定可靠性約束條件對設(shè)計(jì)變量的約束能力最強(qiáng)。僅將壓桿穩(wěn)定約束考慮為可靠性約束,其他約束采用確定性形式,不但可保證優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)滿足長細(xì)比要求且在位移、應(yīng)力強(qiáng)度以及壓桿穩(wěn)定性能上滿足可靠性要求,而且可在可靠性評估環(huán)節(jié)上減少約三分之二的計(jì)算量。
【圖文】：

第一章 緒論題背景及意義災(zāi)是全球范圍內(nèi)影響最大的自然災(zāi)害之一，它破壞威力大、發(fā)生頻繁、持點(diǎn)對人類生活及社會有著重大影響。在我國，特別是沿海地區(qū)，臺風(fēng)發(fā)生于地震，根據(jù)中央氣象臺編制的《臺風(fēng)年鑒》，在 1949~2000 年間，共有陸廣東，每年平均登陸 3.5 次[1]，，最高可達(dá) 7 次，如圖 1-1 所示。除此之料表明，風(fēng)災(zāi)造成的損失位居各種自然災(zāi)害之首[2]。德國對 1961 年以后害進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)風(fēng)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)占據(jù)所有災(zāi)害發(fā)生次數(shù)總量的發(fā)的破壞量占全部損失的 40.5%；我國在 90 年代前 5 年每年因風(fēng)災(zāi)造成達(dá)到 100 億元以上，僅 1994 年的 9415 號臺風(fēng)就導(dǎo)致了浙江省高達(dá) 177．損失，大面積建筑受到不同程度的破壞，包括機(jī)場屋蓋被吹壞等，因而引者和工程師對風(fēng)工程的高度重視[3]。

基于可靠度理論的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化方法計(jì)的步驟一般是先進(jìn)行設(shè)計(jì)再校核是否滿足規(guī)范要求，這會使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于保守，從而造成了材料的浪費(fèi)[7]，而優(yōu)化設(shè)計(jì)則是在一定約束條件下尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案（在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下尋找最節(jié)約材料的設(shè)計(jì)方案），可以達(dá)到保證安全性且節(jié)省材料的目的，因此有必要對大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)優(yōu)化研究。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭敏;梁樞果;熊鐵華;;基于可靠度的輸電塔抗風(fēng)優(yōu)化研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

2 傅繼陽;鐘亮;黃友欽;王艷萍;徐安;;基于量子粒子群算法的門式剛架結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化[J];西南交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

3 黃友欽;林俊宏;傅繼陽;吳玖榮;;多重約束下空間桁架結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2013年08期

4 蘇永華;羅正東;楊紅波;謝志勇;;基于響應(yīng)面法的邊坡穩(wěn)定逆可靠度設(shè)計(jì)分析方法[J];水利學(xué)報(bào);2013年07期

5 趙明偉;顧明;;輕型鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)易損性概率分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年09期

6 吳玖榮;董超超;徐安;傅繼陽;;大跨度變截面門式剛架抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

7 康繼武;聶國雋;錢若軍;;大跨結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究現(xiàn)狀及展望[J];空間結(jié)構(gòu);2009年01期

8 謝壯寧;;風(fēng)致復(fù)雜結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動分析的一種快速算法——諧波激勵法[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2007年02期

9 程進(jìn);肖汝誠;;基于逆可靠度法的大跨懸索橋主纜安全系數(shù)評估[J];中國公路學(xué)報(bào);2007年01期

10 貢金鑫,仲偉秋,趙國藩;工程結(jié)構(gòu)可靠性基本理論的發(fā)展與應(yīng)用(3)[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2002年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄭慶星;基于可靠度理論考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化方法研究[D];廣州大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張慶飛;一種新型非概率凸模型及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)不確定分析技術(shù)[D];湖南大學(xué);2013年

本文編號：2689661