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钢结构方面论文范本,与钢结构稳定性问题的可靠性相关本科毕业论文
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摘 要：本文探讨了针对钢结构设计中的稳定问题,分析了钢结构体系稳定性的研究现状及研究中存在的问题,介绍了结构分析中的不确定性因素来源及数值分析方法,以便于帮助设计人员在设计中更好地完成稳定设计.同时针对钢结构体系稳定问题的可靠性研究,提出了自己的观点和看法.
关 键 词：钢结构 稳定性 研究 可靠度
钢材具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、基础费用省、占用面积小、工业化程度高、加固改造及拆迁方便、外形美观、综合经济效益显著等优点,深受国内外建筑师和结构工程师的青睐.随着我国国民经济的快速发展和建筑结构技术的不断创新与应用.出现了很多大跨度和高层高耸的建筑物或构筑物,如体育馆、剧院、高层超高层写字楼及商务酒店、输电铁塔、电视塔、通信铁塔板壳结构等,在这些建筑结构中大量采用了钢结构；但由于钢材的造价较高,为了节省用钢量,在满足要求的前提下,钢构件越来越趋于截面尺寸小、细长和壁薄.而细长且壁薄的杆件很容易发生失稳,所以,钢结构的稳定问题成为钢结构设计中的突出问题.
1.钢结构体系稳定性研究现状及问题
1.1 钢结构体系稳定性研究现状
钢结构体系的稳定性一直是国内外学者们关注的研究领域,经过几十年的研究,已取得不少研究成果；对钢结构基本构件的理论研究已较多,基于各种数值分析的稳定分析也较成熟,但对构件整体稳定和局部稳定的相互作用的理论和设计应用上还有待进行深入的研究.自20世纪60年代以来,英、美、德、意大利、澳大利亚、罗马尼亚、波兰等国的研究人员进行了多方面理论的分析和研究.各种方法如牛顿一拉斐逊迭代法、弧长法、广义逆法、人工弹簧法、自动求解技术、能量平衡技术等使跟踪屈服问题的全过程,得到结构的下降段曲线成为可能.国内学者在国外研究的基础上,通过精确化的理论表达式、合理的路径平衡跟踪技术及迭代策略,实现了复杂结构体系的几何非线性全过程分析,取得了规律性的成果.
1.2 钢结构体系稳定性研究中存在的问题
1)目前在网壳结构稳定性的研究中,梁―柱单元理论已成为主要的研究工具.但梁一柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说,虽然有学者对梁―柱单元进行过修正.主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应.2)在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题,目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数,未反映整体稳定与局部稳定的关联性.3)预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善,目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性.4)钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响,目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围,而在实际工程中,由于结构参数的不确定性,会引起结构响应的显著差异.所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究,考虑随机参数的穹顶网壳的稳定问题.
1.3 钢结构失稳的类型
按钢结构的失稳性质可将失稳类型分类如下：
(1)平衡分岔失稳.完善的轴心受压构件和完善的在中面内受压的平板的失稳都属于平衡分岔失稳,理想的受弯构件及受压的圆柱壳的失稳也属于这种失稳形式.由于在同一荷载点出现了平衡分岔现象,所以称之为平衡分岔失稳,又称第一类失稳.
(2)极值点失稳.第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题.由建筑钢材做成的偏心受压构件,在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力,属于这一类.这类失稳不存在平衡分枝现象,其稳定承载力是荷载一挠度曲线的极值点,称为极值型失稳,也称第二类失稳.
(3)跃越失稳.在两端铰接的拱结构,在均步荷载作用下有挠度,其荷载一挠度曲线也有稳定的上升段以,但是达到曲线的最高点时会突然跳跃到一个非临近的具有很大变形的点,拱结构顷刻下垂.这种失稳现象称为跃越失稳,它既无平衡分岔点,又无极值点,但和不稳定分岔失稳又有某些相似的现象,都在丧失平衡之后又跳跃到另一个稳定平衡状态.
2.钢结构体系稳定问题的可靠性研究
2.1 钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响.目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围,而在实际工程中,由于结构参数的不确定性,会引起结构响应的显著差异.对于缺陷敏感性结构.缺陷可能会造成结构稳定性的急剧下降,所以有必要考虑随机参数的影响.引人可靠度分析方法,进行稳定问题的可靠性研究.影响钢结构体系稳定性的不确定性的基本变量许多是随机的,一般分为三类：1)物理、几何不确定性：如材料(弹性模量,屈服应力,泊松比等)、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等.2)统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时,总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定的经验性.这种不确定性称为统计的不确定性,是由于缺乏信息造成的.3)模型的不确定性：为了对结构进行分析,所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素,所导致的理论值与实际承载力的差异.都归结为模型的不确定性.以上都是钢结构稳定设计中存在的问题,只有我们进一步地深入研究这些稳定,钢结构稳定理论将会进一步完善,如对于钢结构稳定设计中涉及到随机因素的影响,国外已经引入了钢结构稳定的可靠度设计,这也表明了钢结构稳定设计理论也在不断的完善.
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2.2 钢结构的可靠性研究
国内外学者对结构可靠度理论已经进行了较为深入的研究,在可靠度计算方法及复杂结构可靠度分析方面取得了很多研究成果.任何工程分析和设计的最终目的是使设计的结构在不同要求下满足不同的功能安全性、使用性、耐久性.由于不确定性的存在,就需要把这些不确定性加人工程设计中,从而产生了很多可靠度方法.为了估计结构可靠度,首先要解决相关荷载和抵抗力参数以及它们之间的函数关系.把极限状态(或失效面)定义为ZO,则描述可靠度的参数可靠性指标定义为坐标原点到失效面的最小距离,目前用于可靠性指标计算一般有两种方法：一次可靠度方法和二次可靠度方法.
2.3 目前用于结构可靠度分析的数值方法评述.对于复杂结构,功能函数g(x)通常不能明确表达为输入随机变量的函数,结构的响应通常通过数值方法(如有限元)来计算.这些数值方法一般分为三类：蒙特卡罗模拟法；响应面法和基于敏感性的分析方法.
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1)蒙特卡罗模拟法.
蒙特卡罗模拟法的基本思想是在进行每一次确定性分析之前随机产生一组输入变量,大量重复的进行确定性分析之后,对结构的响应输出参数进行统计分析,计算出结构的可靠性.把蒙特卡罗模拟法与有限元法结合起来,就得到蒙特卡罗有限元法.通常把
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2)响应面法.
响应面法的基本思想是通过近似构造一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式功能函数g(x)(一次或二次多项式),其中x是包含所有荷载和抗力随机变量的一个向量.本质上来说,响应面法是一套统计方法,用这种方法来寻找考虑了输入变量值的变异或不确定性之后的响应最佳值.而失效概率通过一次或二次可靠度方法计算.在响应面法中,对于一个具&#
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