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弦支穹顶结构具有稳定性好、重量轻、材料和空间利用率高等常规结构无法比拟的优势,其工程应用已赢得了广泛的赞誉。然而在施工过程中不可避免的存在各种初始缺陷,缺陷分布具有随机性。常规的设计方法不能反映此类不确定因素对结构功能造成的影响,因而对弦支穹顶结构进行可靠性分析十分必要。目前有关弦支穹顶结构的可靠性研究基本处于空白阶段,研究其可靠性具有重要的实际意义。
本文基于弦支穹顶结构的性能特点及可靠性理论,考虑了初始缺陷、预应力损失、构件截面尺寸等实际工程中常见的多种不确定因素,并将其作为随机变量引入弦支穹顶结构,建立了随机的结构模型,为可靠性分析打下基础。
按照结构失稳、位移超限、杆件强度破坏三种极限状态,对各随机参数进行敏感性分析,分别得出对三种结构失效模式影响较大的参数。根据参数分析的结果,结合响应面法,拟和各失效模式下的极限状态方程,计算各失效模式下的结构失效概率,确定了结构的主要失效模式,得出了结构稳定系数、节点最大位移及杆件最大内力的概率密度函数、分布函数及其图像,对把握该结构的安全性有着重要的意义。
基于蒙特卡罗法,对弦支穹顶结构进行验证性可靠性分析。比较响应面法与蒙特卡罗法的结果,在满足工程精度要求的前提下,选择更加适合于弦支穹顶结构的方法,为类似结构的可靠性研究提供参考。
结合各失效模式下的失效概率值,运用概率权重法等四种方法,分析讨论各失效模式之间的相关性,得出结构体系失效概率的近似估计。
通过改变结构各节点初始缺陷随机分布及每条环索的实际预应力值的随机分布,讨论初始缺陷和预应力损失对结构可靠性的影响,为实际工程提供参考。
综上所述,本文针对弦支穹顶结构模型进行了系统的可靠性分析,取得了相应的成果,为今后的相关研究提供参考。