鋼管混凝土柱的可靠度與優(yōu)化分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件,在實(shí)際工作中,由于鋼管和混凝土之間的相互作用,鋼管對混凝土形成緊箍力,使得混凝土三向受力。在鋼管混凝土構(gòu)件中,鋼管和混凝土材料的性能得到了充分的發(fā)揮,同時(shí)也使得構(gòu)件的受力性能變得復(fù)雜。 本文采用有限元法分別結(jié)合蒙特卡羅法與響應(yīng)面法,對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的可靠度進(jìn)行分析,并且介紹了鋼管混凝土的應(yīng)用、可靠度分析的相關(guān)理論以及結(jié)構(gòu)可靠性研究的相應(yīng)背景

2、?？煽慷确治龇譃榇_定性分析與不確定性分析兩部分。并結(jié)合有限元法進(jìn)行了鋼管混凝土的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本文采用非線性有限元分析,混凝土材料采用Willam-Warnke五參數(shù)模型模擬,鋼管采用雙線性隨動強(qiáng)化BKIN模型模擬,比較了核心混凝土本構(gòu)關(guān)系不同對于結(jié)果的影響。 1.對于鋼管混凝土的研究關(guān)鍵在于如何估算鋼管和核心混凝土之間約束產(chǎn)生的“效應(yīng)”,傳統(tǒng)的數(shù)值解法主要采用韓林海教授提出的考慮約束效應(yīng)的核心混凝土非線性本構(gòu)關(guān)系,比較發(fā)

3、現(xiàn)該本構(gòu)關(guān)系適用于傳統(tǒng)的數(shù)值解法,而對有限元分析結(jié)果有一定偏差。 2.通過混凝土尺寸固定改變鋼管尺寸,建立不同的有限元模型,觀察荷載位移曲線,對比了約束效應(yīng)對構(gòu)件性能的影響,分析表明隨著約束效應(yīng)的提高,極限承載力有更好的提高,塑性和韌性有更好的發(fā)展。 3.通過觀察破壞時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變云圖,發(fā)現(xiàn)了混凝土破壞時(shí),呈中間腰鼓狀,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,有較好的吻合,表明本文的模擬分析較為準(zhǔn)確；鋼管與混凝土均達(dá)到屈服強(qiáng)度,材料的性能

4、得到了充分發(fā)揮。 傳統(tǒng)的可靠度計(jì)算方法是在構(gòu)造構(gòu)件顯式極限功能函數(shù)的基礎(chǔ)上,利用近似概率設(shè)計(jì)法或一次二階矩法進(jìn)行可靠度計(jì)算。而鋼管混凝土三向受力的復(fù)雜性,使得其顯式極限功能函數(shù)具有一定的偏差,引起計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確性。基于此,本文采用蒙特卡羅法與響應(yīng)面法,分析混凝土在軸壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值作用下的可靠度。分析表明,圓鋼管混凝土位移可靠性對鋼管混凝土構(gòu)件直徑的取值最為敏感,發(fā)生側(cè)向偏移可靠度對混凝土彈性模量的取值最為敏感,故在工程中對這些因

5、素應(yīng)嚴(yán)格控制；確定了輸入?yún)?shù)與可靠度的影響關(guān)系；分析比較了圓鋼管與方鋼管靈敏度系數(shù)的不同。采用有限元與可靠度分析相結(jié)合可以方便進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠度分析。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)分析--校核--分析的過程,其初始設(shè)計(jì)方案至關(guān)重要,對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的工程師比較困難,而優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)分析--優(yōu)化設(shè)計(jì)--結(jié)構(gòu)分析的過程,能使材料的分布達(dá)到合理的狀態(tài),便于設(shè)計(jì)初始值的確定。結(jié)合有限元法,進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了構(gòu)件在滿足應(yīng)力應(yīng)變的條件下,其體積與費(fèi)用分別最