1、建筑框架结构的系统安全性能指标文摘:一个系统的安全性能指标是一个以量化为一个给定的性能目标的结构系统安全度的工具。经典,作为一个完整的系统基础的结构设计规范,骨骼结构,安全进行了评价稳定复核。可靠性导向的研究都集中在极限强度及安全性能目标作为系统的失效概率,而地震工程的评估已考虑位移的性能目标。本文探讨,阐明了在系统安全性和结构性过剩的概念方面,提供了系统冗余结构的另一种解释,并提出了两个无量纲系统的安全与稳定的性能目标的骨骼结构的性能指标。拟议的结构系统的安全性能指标方便范围从 0 到 1,并使用刚度矩阵代数性质 1 测量刚度从矩阵奇异矩阵集合的最小距离;和 2 量化柱的刚度矩阵向量的线性依
2、赖程度分别。此外,对于确定关键构件失效路径的重要性和量化的方法得到解决。绪论:对于世界贸易中心大楼坍塌事件的调查报告,由国家标准与技术研究院美国国家标准与技术研究院2005年美国国家标准与技术研究院2005年10月,包括建议,为提高房屋安全代码变更和考虑通过渐进式的崩溃。在一个跟进会议,在此基础上,提出了不同的绳索2006年其他行业和应用,建筑工程师没有客观衡量测量的安全性能结构作为一个完整的体系。一种结构系统级的安全性能度量是一种工具,定量研究了结构的安全度的安全系统或比较一体结构系统相对于另一种系统对于一个给定的绩效目标。就目前的骨骼结构设计是成员代码的导向,系统级的安全可以考虑以“系统冗
3、余“ 绩效目标的整体结构系统的稳定性Nafday 2006年。以前,有缺陷的度量称为程度的冗余性,程度的方式解释的结构系统不确定性,通过即使只是提供必须的,但并非任何充分条件,拉压超静定结构和不保证结构系统的稳定性韦氏字典对“多余”的东西也是多余的,额外的、过分之举,或得够多的了。流行的冗余定义超过骨骼结构构件意味着所需,静定分析。一个潜在的相信额外的成员也导致一个更好的系统安全性能更稳定结构方面,更高的承载能力或可靠性已被证明是错误的。1984年戈尔曼可靠性的例子显示的结构体系被发现增加而减少程度的不确定性。塞巴斯蒂安2004年一些有趣的结果讨论了有关拉压超静定桁架也可能是一个机制,更大程度
4、的不确定性本身会提高崩溃可能性桁架和画框。回顾过去的失败案例调查显示一大堆的例子,结构由于缺少经常失败“真正的“冗余看似高度不确定性结构如看到讨论在Murtha-Smith 1988年,伤害从调查报告美国俄克拉荷马城事故和北岭地震,或者由于失败的关键因素如堪萨斯城凯悦摄政通道的崩溃。不确定性的程度,一般来说,有关系的系统安全性能量,特别是当不确定性是由于软弱的成员。它也忽略了贡献的拓扑和几何定位的重要性成员选择或临界荷载路径,材料性能和应用加载系统的结构安全性能。在线性代数条件,程度的不确定性underdetermination基本上是程度的线性方程组求解结构问题,重要的一点是土木工程专业抛弃
5、使用不确定性和冗余一个同义的态度。目前的成员为基础的结构设计规范没有明确考虑系统在结构设计和安全水平是在新的设计通常是建立在直觉和过去经验的基础上提供的安全性能。简单,普遍接受的,实际上可用和结构系统安全的目标数值指标将提供一个解决的各种性能在设计阶段,目标系统的安全系统的方法。本文探讨,解释,并阐明了系统的安全性和冗余之间的概念和结构冗余连接是“额外”或“额外”在适当的安全性能目标单位?解释?由结构考虑提供的一个“系统,”过去,超越会员制结构设计规范规定的安全。两个简单的, 实际上可用和无量纲系统的安全性能指标的骨骼结构,提出了作为性能目标的整体稳定性。建议的系统的安全性能指标的使用结构刚度
6、矩阵代数性质,并根据?1?测量的刚度从矩阵奇异矩阵集合的最小距离; ?和 2?量化的线性关系,也对刚度矩阵列向量,分别程度。此外,对于确定关键构件的程序?s 吗?和量化数值失效路径的重要性措施加以解决。系统性能指标结构系统性能目标取决于评估的目的。这些目标可能具有不同的计量单位和初始参考标记(测量起源)。如果系统的效率目标,以静定结构体系将是理想的?破甲 2006?。结构重量可能是在航空航天应用的性能目标。其他如应力,岩体结构性能目标,屈曲载荷因子,变形,层间位移,或自然频率也经常使用。例如,监测和系统响应特性?固有频率和振型测量?海洋平台用于在服务会员破损检测。同行的表现为依据地震工程方法(
7、波特 2003)采用系统级的维修费用,人员伤亡,损失使用时间?美元,死亡和停机性能目标?。系统的安全性和许多这里的目标 ,其他性能指标的情况下,根据不同的应用。即使是不可信的冗余度作为一个系统安全度量?,因为它不是一个系统属性?,直观,系统冗余是一个理想的系统安全性能指标,它被定义为提供所需性能objective.This 进行严格是重要的,因为冗余一词似乎已在结构工程和相互矛盾的解释不同 文学,往往是定义在一个暧昧的态度。例如,曾多次被裁员的结构性能进行后一个或多个成员的额外负载界定有失败了,通常不提供所需的能力,失败的概率给定的条件 第一个成员故障,系统故障的概率比任何成员失效概率等模糊词
8、语的性质,强调使人们难以在科学严谨的计算方式裁员和达到不同的工程师在结构分析一致的结果。即使 nonambiguous 定义可能是不够的。例如,用多个负载路径结构说成是多余的,因为这些结构大致维持甚至失败的一些成员和冗余负载中的替代路径的数量来定义的安全。塞巴斯蒂安(2004)曾与这个定义的问题。此外,这不是一个有用的额外负载路径的定义并不能保证安全或更高,因为它有可能倒塌的负载路径中的多个成员立即失败后的第一个成员衰竭,postfailure 成员行为取决于?脆性或韧性?。此外,还有一个更高的可靠性之间的内在冲突,由于较长 failfailure 路径和可靠性,减少因故障路径的数量较大。在传
9、统意义上的,系统的冗余的骨骼结构只有一个几何/拓扑结构的概念,而是基于面向稳定可靠性研究?Frangopol 1987?有解释的力量或失败的概率计算系统冗余。如后备力量或剩余强度损伤或容错措施是经常使用。后劲隐含假定发生故障时达到极限荷载,但在实践中失败的原因可以从其他如疲劳,严重变形等结构中的残余力量进行一次重要的成员没有取决于是否失败的关键导致小成员或重大损失的实力。剩余强度评价的需要由于计算倒塌损坏的,完整的结构,需要大量的计算负载。Bertero 和 Bertero(1999 年)表明,强度折减导向的绩效目标是为在地震中不完整的描述工程系统脆性,因为相关联的位移不考虑。随着系统安全性能
10、的量化在申请的目的而定,它可能与稳定的考虑,例如,强度,位移,失败的概率,等等,系统安全度量和适当的多性能目标需要为目标,以确定这些性能实现这些目标的系统每个冗余。结构性过剩可以被解释为附加或额外的安全(在适当的业绩目标单位)从成为一个各成员及以后取得的设计规范,系统,结构的考虑。因此,裁员,基本上是一个结构和系统的安全性能指标的系统级属性还表现为结构性过剩考虑目标的措施。冗余的目的是提供在性能和系统冗余措施目标单位额外的安全并不比整体结构系统的安全性能指标有什么不同(从最初的参考价值距离限制的价值呢)在指定的性能目标单位(稳定性,强度,位移,等等)会员为基础的代码设计。这是不言自明的,该系统
11、的安全性能指标是不减的性能目标函数,在一个科学严谨的方式定义,产生一致的结果,最好是为方便比较无量纲。系统的安全性能测量要求和限制测量参考标记的初步选择。例如,对于后备力量的初始参考工作负荷条件是,剩余强度的定义是参照预定义的结构损伤的状态。极限参考标记(极限状态)可能处于崩溃的系统,预先指定的组件数故障条款等总结,系统安全的定义的性能指标要求的选择目标,单元目标的测量,初始参考标记和限制,以及是否确定性或概率测度是概率计算desired.Computational 需求是巨大的,也没有普遍接受的标准确定不同的概率分析技术结构分析方法。概率的定义的另一个困难是,性能可以通过减少给定的平均不确定
12、性提高。这里的重点是对系统安全的措施确定性载荷作用下确定的骨骼结构。系统安全性能指标系统的安全性能指标是一个结构性的系统属性,最好必须考虑到所有相关的参数配置,构件尺寸,材料特性,连接类型,位置和载荷。这些参数被捕获在结构刚度矩阵,K 和真正的_n_n_ 矩阵 K 将被视为是在 Rn2,其中每个条目的 K Rn2 形成了一个协调点。对于 K 的骨骼结构系统矩阵的集合,形成一个区域在这个空间,进入安全和不安全的地区划分。矩阵的奇异 K 表代表了一套系统的各种故障状态。 骨结构的 K 矩阵的性质,可用于定义了系统的稳定为目标系统的安全性能指标的情况下或裁员措施,纠正有缺陷的冗余度较早的定义。 请注意,稳定表现的客观分析产生弹性特征值屈曲载荷为安全指标,可能只对应的结构部分失败的倍增器。最小距离结构刚度矩阵的奇异矩阵的一组Minimum Distance from Structural Stiffness Matrix to Set of Singular Matrices