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单层球面网壳既有设计方法可靠度校核分析

贾明明 吕大刚 鲜晓东

贾明明, 吕大刚, 鲜晓东. 单层球面网壳既有设计方法可靠度校核分析[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 42-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S005
引用本文: 贾明明, 吕大刚, 鲜晓东. 单层球面网壳既有设计方法可靠度校核分析[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 42-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S005
JIA Ming-ming, LÜ Da-gang, XIAN Xiao-dong. RELIABILITY CHECK ANALYSIS OF EXISTING DESIGN METHOD FOR SINGLE-LAYER SPHERICAL LATTICED DOMES[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 42-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S005
Citation: JIA Ming-ming, LÜ Da-gang, XIAN Xiao-dong. RELIABILITY CHECK ANALYSIS OF EXISTING DESIGN METHOD FOR SINGLE-LAYER SPHERICAL LATTICED DOMES[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 42-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S005

单层球面网壳既有设计方法可靠度校核分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S005
基金项目: 国家自然科学基金项目(51978220,52078176);国家重点研发计划项目(2019YFE0112400)
详细信息
    作者简介:

    贾明明(1978−),男,内蒙古人,副教授,博士,主要从事结构抗震与结构可靠度研究(E-mail: jiamingming@hit.edu.cn)

    鲜晓东(1992−),男,四川人,硕士生,主要从事结构可靠度研究(E-mail: 1172782528@qq.com)

    通讯作者:

    吕大刚(1970−),男,黑龙江人,教授,博士,主要从事地震工程与结构可靠度研究(E-mail: ludagang@hit.edu.cn)

  • 中图分类号: TU399

RELIABILITY CHECK ANALYSIS OF EXISTING DESIGN METHOD FOR SINGLE-LAYER SPHERICAL LATTICED DOMES

  • 摘要: 中国现行的空间结构设计方法仍然采用经验的整体安全系数,未能较好地考虑不确定性因素的影响。该文选取K8型单层球面网壳,对该结构进行整体可靠度分析。建立荷载和结构参数的概率模型,分别采用蒙特卡洛模拟和响应面法,构造结构真实的荷载与抗力极限状态方程,进而采用FORM计算其失效概率和可靠指标。同时对《空间网格结构技术规程》(JGJ 7−2010)提供的设计方法进行校准,基于规程的整体安全系数设计公式生成结构的极限状态方程,并得到其失效概率和可靠指标。分析结果表明:现有规程设计方法偏于保守,过低估计了结构的可靠性,应该基于全概率整体可靠度分析方法对现有设计方法进行修正。
  • 图  1  有限元模型

    Figure  1.  Finite element model

    图  2  模型验证

    Figure  2.  Verification of element model

    图  3  不确定性参数概率分布

    Figure  3.  Probability distributions function of uncertainty variables

    图  4  样本散点

    Figure  4.  Scatters of sample points

    图  5  参数灵敏度分析结果

    Figure  5.  Sensitivity results of parameters

    图  6  响应面参数关系散点图

    Figure  6.  Scatter diagram of response surface parameter relationship

    图  7  响应面图像

    Figure  7.  Response surface images

    表  1  模型参数

    Table  1.   Parameters of the model

    几何参数K8网壳
    跨度L/m40
    矢跨比f/L1/5
    径向/环向杆件/mmΦ121×3.5
    斜杆/mmΦ114×0.3
    钢材Q235
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    表  2  不确定性量概率分布参数

    Table  2.   Parameters of probability distribution function for uncertainty variables

    不确定性参数概率分布模型均值变异系数
    钢材屈服强度fy/MPa 对数正态 251.45 0.081
    弹性模量E/MPa 对数正态 2.06×105 0.050
    泊松比μ 对数正态 0.3 0.050
    恒荷载G/(kN/m2) 正态分布 1.61 0.070
    活荷载L/(kN/m2) 极值I型 0.322 0.357
    杆件1外径R1/mm 正态分布 0.146 0.020
    杆件1壁厚T1/mm 正态分布 0.005 0.020
    杆件2外径R2/mm 正态分布 0.14 0.020
    杆件2壁厚T2/mm 正态分布 0.006 0.020
    节点偏差w/mm 正态分布 0
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    表  3  各参数灵敏度

    Table  3.   The sensitivity of parameters

    参数灵敏度标准占比/(%)
    钢材屈服强度fy9.2558×10−166.56
    杆件1壁厚T12.5227×10−118.14
    杆件1外径R12.1274×10−115.30
    杆件2壁厚T23.9210×10−2
    杆件2外径R24.9946×10−2
    弹性模量E−9.3117×10−3
    泊松比μ7.5533×10−2
    节点偏差w−9.2745×10−2
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    表  4  不同工况可靠指标

    Table  4.   Reliable indexes of different conditions

    工况基于结构实际所受
    荷载构造响应面
    基于规程规定的整体
    安全系数构造响应面
    可靠指标β4.460.290
    失效概率pf3.94×10−60.385
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-30
  • 修回日期:  2022-02-28
  • 网络出版日期:  2022-05-05
  • 刊出日期:  2022-06-06

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