立体车库钢结构失效模式分析简化模拟及失效准则

    立体停车库钢结构属大型复杂、高冗余度刚架结构系统,鉴于作业对象(轿车)的高价值和安全性要求,其可靠性尤为重要。目前结构可靠性分析多是针对构件,而未考虑载荷变动、构件破坏等因素变化时结构系统内部构件间的关系重构。

    高冗余度立体停车库钢结构大型复杂系统失效模式是可靠性分析的基础。如何确定合理的失效准则,对结构进行合理的简化与模拟,则是研究失效模式的前提和本文的任务。

    1　结构系统可靠性分析的基本方法

    1.1　结构系统可靠性失效模式分析的关键

    对于高冗余度的大型复杂结构系统,存在许多失效模式,以致在估算系统可靠度或失效概率之前识别所有失效模式是十分困难的;而从实际结构分析考虑,识别所有失效模式并无必要。理论和实践分析表明,结构系统的可靠度主要由负有重要贡献的主要失效模式所决定。因此,结构系统可靠性分析的关键是主要失效模式的选择与确定,而选择的正确与否将直接影响可靠性计算的准确性。

    1.2　结构系统可靠性失效模式分析方法

    目前结构可靠性分析中确定结构[1]系统主要失效模式的方法有β-unzipping法、分枝限界法[2]、工程准则法和优化准则法[3,4]。

    确定结构系统主要失效模式的方法分为两类,一类是β-unzipping法和分枝限界法,首先采用故障树和事件树给出失效模式的网络,其次利用网络理论确定主要失效模式,最后用PNET[1]法计算结构系统的失效概率。此类方法遗漏主要失效模式的可能性小,但计算量大,适用于中小型结构系统的可靠性分析。另一类是工程准则法和优化准则法,采用增量载荷法中元件的承力比的变化率来确定主要失效模式,然后借助可靠度的界限理论,由各主要失效模式的发生概率综合求出结构系统的失效概率。工程准则法应用简便、计算速度快,但漏掉主要失效模式的可能性大。而优化准则法能克服其不足,是目前大型复杂结构系统可靠性分析比较理想的方法。

    2　立体停车库钢结构系统的简化模拟

    2.1　结构系统的简化模拟

    由于实际结构系统的复杂性,直接计算其精确失效概率是很困难的。因此在分析结构系统的可靠性时,必须对系统进行合理的简化与模拟,并尽量使真实结构系统的主要失效模式尽可能包括在计算模型中,以保证较精确地计算结构系统的可靠度。

    根据立体停车库结构系统的受力特点,考虑水平自然载荷和垂直机械工作载荷的作用,并综合考虑材料、设备布置等因素,将立体停车库钢结构简化以横梁和立柱组成的承受各种载荷的刚架系统。