大型复杂空间结构关键节点的可靠性研究

作     者：金明昌 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩庆华

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：可靠性 铸钢球铰支座节点 圆钢管相贯节点 蒙特卡罗法 响应面法 

摘      要：本文介绍了结构可靠性的研究背景和相应的工程应用情况,重点阐述了蒙特卡罗法和响应面法两种计算结构可靠度的数值模拟方法。再者,详细介绍了ANSYS软件中PDS模块关于可靠性分析的主要内容。然后通过一个典型的焊接球节点,利用ANSYS软件中的PDS模块,采用基于概率理论的数值模拟方法——蒙特卡罗法和响应面法分别对其进行了可靠性分析,经过对比分析,最终选择了响应面法进行下面的两类关键性节点可靠性的研究。 以北京老山自行车馆工程为例,针对圆钢管相贯节点以及铸钢球铰支座节点,采用ANSYS中PDS模块的基于数值模拟技术的响应面法对这两类复杂节点在不同的工况下进行了可靠性分析和评估。 通过上述工作,得出的主要结论如下: (1)通过对相贯节点和铸钢球铰支座节点在不同工况下的可靠性分析,可以得出在考虑了材料、几何以及荷载参数后,计算得到的最大等效应力较单次静力计算的结果有显著提高,并且计算得到的一定概率保证(可靠指标取得较高)条件下的节点最大等效应力,均小于构件的强度设计值。这个结果与前期有限元分析结论是一致的。因此,老山自行车馆的两个关键性节点性能安全可靠,强度储备充分。另外在灵敏度分析中,发现主管环梁的半径以及环梁与人字柱之间的夹角对于相贯节点的最大等效应力影响最大,屈服强度对于铸钢节点的最大等效应力影响最大。 (2)基于ANSYS软件中的PDS模块的数值模拟方法——响应面法在计算结构的功能函数为隐式时,较为合适。响应面法通过少量的抽样回归求得响应面函数代替真实模型,并在该响应面上进行1000000次的蒙特卡罗模拟,计算速度较快,计算精度基本满足工程需要。这一方法为广泛应用于大型复杂结构的焊接球、相贯以及铸钢等关键性节点的可靠性分析提供了一个有效的方法和途径。但是,当随机变量间的函数关系不光滑连续时,就不能使用响应面法,例如出现失稳等。