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结构可靠性设计是人们在处理实际结构不确定因素问题时的有效方法。国内外很多学者对该课题开展了大量的研究工作。研究成果被广泛地应用于实际结构设计。但是,现存的可靠性理论研究往往不能解释实际客观存在的很多现象。如按照现有的可靠性设计理论进行设计的建筑结构,其失效概率应该控制在其限定的范围内,然而现实中存在的建筑结构的失效概率往往大于其理论要求的设计值。基于以上背景,本文以建筑工程施工过程中的人因误差为研究对象,系统分析总结了国内外对该领域的研究现状以及发展趋势。在施工现场调研和数据分析的基础上,对结构可靠性分析方法,建筑施工过程中的人因误差发生的规律及其对结构参数的影响,可靠性数学模型等一系列的问题进行了系统深入地研究和讨论。针对现存的结构可靠性分析方法的不足,提出了基于污染分布模型的结构可靠度计算方法。本文的主要研究工作与成果概述为以下几个方面:
(1)对施工现场进行深入详细的调查研究,对每一个施工环节都进行详细细致的观察和记录。通过现场数据的收集和数学统计分析,系统地分析并总结了建筑施工过程中人因误差发生的规律及其对结构参数的影响。
(2)在现场调查研究的基础上,应用人因可靠性分析方法对建筑施工现场所发生的人因误差进行定量的分析研究。针对建筑施工过程中人因失误的特点,本文对层次分析法(AHP)进行了相关改进,并结合人因可靠性分析方法一成功似然法(SLIM),提出了AHP-SLIM模型对建筑施工过程中的人因误差发生的概率大小进行合理的确定。结合施工现场调研结果,对运算结果进行数学分析和对比,其结果表明了该方法的正确性。
(3)运用污染分布模型拟合施工过程中的人因误差对结构参数的影响。在可靠性分析领域,运用该模型推导了人因误差影响下的结构参数的均值及方差求取公式。结合可靠性分析方法(FOSM),建立了污染分布下的结构可靠度分析模型。运用该模型对建筑结构进行分析可以合理确定其结构可靠度,其分析结果符合客观实际结构可靠性状况。
(4)在污染分布模型下结构可靠度分析的基础上,针对建筑结构施工过程中存在的人因误差因素,运用结构可靠性设计理论,对各结构参数的分项系数进行合理的修正,使得修正后的各随机变量的分项系数在结构可靠性设计中能达到结构设计要求的可靠度设计值。改进后的分项系数不仅能考虑各参数的随机误差,同时还能反映施工过程中的人因误差这一不确定性因素。
(5)本文以桁架结构体系为例,应用误差传播律结合最小势能法分析了结构杆件的尺寸误差对结构承载力的影响,推导了相关计算公式。
(6)在结构参数污染分布模型下,对结构体系计算方法PNET进行了相关改进,使得该方法能综合考虑随机误差和人因误差对结构体系的影响,通过对实例的计算分析,验证了本文提出的方法的正确性和实用性。