1、1基于系统可靠度指标的建筑框架结构设计摘要：就目前而言，建筑相关的设计规范是建立在结构构件本身的可靠程度上进行计算的，并没有对结构本身的系统性进行很好的考虑，所以并不能将结构整体可靠程度很好的反映。所以，本文推出了新颖的结构体系调整法。 关键词：可靠度；结构体系；结构分析；结构设计；失效 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 一、对可靠性进行分析 （一）主失效模式的计算 通过一次二阶矩公式（A two order moment formula） ，将失效模式的实际失效概率（probability of failure）以及各失效模式（failure mode）之间存在的关系系
2、数进行计算，并且根据相关性方面的判别系数以及是小概率相关的限制，对次等的失效模式进行删除，进而求取失效模式： 在上述的式子中，Pf（S?F?M）i 表示为结构失效模式；则Pf?L（S?F?M）分别表示为是失效概率限值的大小； （二）结构体系相关的失效概率大小计算 将每一个失效模式相互连接主城一个串联的系统，并且将这个串联的系统看作是整个结构体系相关的失效概率大小计算的模型体，所以其2实际失效概率值大小为： 二、对结构体系的可靠程度进行调整 （一）失效模式所能允许的失效概率值大小的计算 根据相关的结构体系所能允许的失效概率值 Pf，T，可以计算得出失效模式所能允许的失效概率值大小 Pf?T（F?
3、M）=Pf?T/n。在这个式子当中，失效概率比主失效模式实际个数要大很多（nPf?L（F?M） ） 。 （二）结构本身抗力调整系数的计算 根据相关的失效模式的各个主失效模式方面的可靠指标以及目标可靠指标（reliability index） ，可以对每一个失效模式的实际结构调整抗力相关的调整系数进行计算，经过结构抗力调整以后，每一个失效模式实际的失效概率应该满足一下不等式： 在上述的不等式之中：Pf?T（F.M.）是整个结构失效模式可以允许的失效概率值，则分别表示结构体系在第 i 个失效模式中的可靠指标，以及失效模式本身的目标可靠指标系数。 （三）对是小概率进行验算 对结构体系（条件：经过抗力
4、调整后）进行相关的验算，其实际的失效概率能否与可允许值相互满足。 （四）调整结构抗力 当整个调整结构体系（Adjust a structure system）本身的失效概3率与相关规定相互符合以后，再通过每一个失效模式本身的结构抗力相关的 ai（调整系数）对结构构件实际抗力进行相应的调整。最够参照经过调整的结构构件本身的抗力大小，对结构相关的材料特性以及几何参数进行相关的调整，当本节所有的程序完成以后，就完成了对结构体系本身的可靠程度的设计。 三、算例 图 1 为初步设计的方案示意图，其主要是一层双跨度非对称型超静固定框架，本节中尝试对其结构体系实际的可靠性进行简单的分析。其结构体系要求的 （
5、目标可靠指标）为 1.9，实际荷载大小为 Pi。结构每一个部件实际的抗力大小为 Ri，统计的特性详细请参照下表 1 中所示，我们假设表中每一个杆件抗力列在每一行都是完全相关的，而不同的行列之间的统计相互独立；结构所选取的材料为延性并且匀质的，经过调整以及未经过调整时抗力实际变异系数保持恒定不变，每一个基本的变量都符合正态分布的特性。 图 1：设计方案力学模型（单位：长度 mm） 表 1：框架变量统计特性示意 （一）结构体系相关的可靠性分析 以结构本身的失效模式进行初步探讨，并且对迭加原理进行合理的运用，将结构体系中每一个具有一定代表性以及针对性的失效模式寻找出来、将本建筑框架内部具有一定代表性
6、以及针对性的失效模式也寻找4出来，通过一次二阶矩法将各个失效模式本身的相关系数以及实际失效概率进行计算（具体的结果请参照下表 2 中所示：） 。 表 2：设计框架结构本身的失效模式以及相关的系数列举 笔者根据失效模式相关的失效概率限定值大小以及相关的判别系数整个失效模式中将主要失效模式进行确定： 同时将与失效相关的次等失效模式（条件：p0=0.7）以及失效概率相对比较小的次等失效模式进行删去处理。在本结构式子当中，主要的失效模式应该是上表中的、。通过计算，该结构体系中存在的失效概率为：Pf=Pf、4+ Pf、3+Pf、2+Pf、1=0.065448（注： 为1.52） 。 我们使用 Ditel
7、veesen 相关的界定发可以对该设计框架实际的失效概率界限值季羡林计算：1.601.43,0.05480Pf0.07636. （二）对结构体系本身的可靠度进行调整 设计框架体系相关的目标可靠指标必须满足 为 1.9（其中 Pf 值为0.00872） ，因为在设计框架体系中实际的可靠指标 为 1.52，所以必须对结构抗力进行相关的调整。 我们根据机构体系可被允许的是小概率值，对失效模式小的可允许失效概率进行计算： 通过上面的式子对每一个失效模式所相关的机构构件抗力进行相关5的调整，并且因为结构本身抗力大小的变化以及可靠性指标的变化存在一定的非线性，所以在容许值大于失效概率的条件下，对抗力相关的
8、调整系数进行一定的假设，并且进行逐步的计算以及修正： 对于号失效模式： 其中抗力值 R1、R2、R13、R14、R18 以及 R19 的 Ri 以及 Ri 都保持一样，将经过调整的抗力带入到上述的号失效模式中的 Z1（失效函数）中，并且求出经过结构调整以后的 Pf,1 为【-2.66】=10-3X3.907. 对于号失效模式：a2=T2 为 1.18，并且 R10、R11 以及 R12的 Ri 以及 Ri 都保持一样。 但是因为考开心指标数值过大，所以必须再一次的进行相关的调整，取值为： 采取同样的方法对号失效模式以及号失效模式进行抗力的调整，详细的结果请参照小表 3 中所示，而可靠性指标值
9、（S?F?M）6 已经比规定值 T（F?M?）要大，所以并不需要做任何的抗力调整。 表 3：经过调整以后各个变量详细的统计特性 经过一定的各抗力的调整以后，结构体系本身的可靠性程度已经与规范水平相当，所以可以对整个建筑框架相关的结构设计进行完结记录。6四、小结 构体系抗力调整法，是一种实用的结构体系可靠度设计方法，这里的算例是根据等可靠度原则进进处理的，如果结构的部分构件有不同可靠度要求时，可靠度的调整还可以运用功能函数进行加权处理。结构体系的可靠性间题比较复杂，不同材料特性对形成结构失效模式的影响，不同性质的荷载效应及其组合。对结构体系可靠性分析的影响等。 参考文献： 1来猛刚,姚晓飞,徐岳.失效指标在服役梁桥系统可靠度评估中的应用研究A.2008 年全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集C.2008. 3梁颖,陈艳艳.道路交通系统可靠性研究综述及展望A.都市区及区域交通现代化C.2009. 4齐世福.导爆管雷管与传爆四通构成的起爆网路系统可靠性研究A.工程爆破文集-全国工程爆破学术会议论文选C.2011. 5翟钢军,李玉成,康海贵.导管架平台可靠度指标的模糊优化决策方法A.2001 年度海洋工程学术会议论文集C.2010.
