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一种运用在起重机结构极限状态设计中的求偏系数的新方法
摘要:本文借用了极限状态设计方法以及原理，从建筑结构规范来研究起重机金属结构极限状态理论，在讨论是否建立了完整的计算方法包括结构的统计分析电阻和负载情况下，确定可靠的指标，包括部分系数的确定，以及目标的确定。该方法应用于在MATLAB中，通过PDS证明是可行的，并为未来的设计提供了宝贵的经验。
关键词：金属结构; 极限状态方法; 部分系数; 可靠性; 概率设计(PDS)
一 简介
从21世纪初开始，各国都在不断更新和完善修改起重机结构设计标准和规范。允许应力设计方法将被极限状态设计方法取代已成为不可避免的趋势。在某些标准和规范中，处于极限状态设计方法给出了相应的部分常规起重机类型的系数和常见的负载组合，但在设计和新产品的开发中没有具体的规定选择系数。只有一些标准和规范通过简化类别给出了相应的主荷载偏系数。尽管它是适用的，但是对工程问题，计算值是不太准确的。而且，不同的国家和地区也有不同的考虑，所以标准和规范是多种多样的。简而言之，式中给出的偏系数规格不是完全可靠的。
随着国际化进程的扩展，国际上的大规模生产方式通常是用于起重机的设计和制
造。如果我们盲目地采用客户投标的起重机规格，设计师和制造者很有可能忽略不同部分的具体情况，如实际制造、码头操作等外部因素。它将不可避免地导致偏系数过低或者太高，生产的可靠性令人难以置信。因此，大型制造商具有很多年丰富的制造经验，并对涉及产品质量的第一手资料了如指掌(如固定供应商。所使用钢材的性能，制造误差，吊具重量)，以及来自用户的反馈(例如:分布试验负荷特性、产品使用、维修及保养维修记录)。根据这些数据，加上理解在铺设中应用的理论规格齐全，厂家可开发新的偏系数的确定原则和客观可靠的指标，适合他们的产品。这样，就会有更可靠的产品从更集中的系数进化而来。
基于FOSM方法，由原则上，按照验货点方法，MATLAB程序获取的部分系数，包括部分荷载系数，部分阻力因子和部分重要因子在a最危险的工作条件下也具有一定客观可靠的指标。例如，一个真正的产品要可以投入使用，由上述得到的偏系数的经验相结合的方法制造所得的最新的一组结构参数和用户时的索引强度、杆的屈曲和板的稳定性要能达到极限的90%。然后建议检查承载力极限状态，覆盖为上述强度和稳定性组结构参数，用PDS分析并列举结果进行安全水平分析的方法。
二。理论分析
FOSM[1]中的设计点方法：性能函数
Z = g(X1, X2 ,......., Xn ) (1)
所有的变量转换成一组减少空间U
极限状态的n维切平面通过检验点Z = 0 u*由表达式
从原点M到n维空间的距离，空间到切平面的距离称为可靠指示器
cos()的方向是
所有的变量都转换回空间X
在这里,alpha;也被称为灵敏度系数遵循
当基本变量是多维的正态分布,beta;的值可以直接估算结构的失效概率。否则，基本变量是非正态的的分布应该是等价的标准化检查之前的时间点计算ofbeta;如下
分布函数在检验时是相等的点
均值由标准法线给出分布逆函数
密度函数在检查时是相等的点
标准差由标准给出正态分布逆函数和正态分布密度函数
当基本变量为lognormal时分布，分布函数和密度函数表示为
给出了均值和标准差作为
delta;代表各自的差异在哪里，基本变量的系数
当基本变量为极值时第一类分布、分布函数和密度函数表示为
其中a和b是两个系数表达式是
给出了均值和标准差作为
一般采用逐次迭代法求解上述方程确定检查点的位置和ofbeta;相应值。在方法中，初始值是基本和标准差变量的均值和beta;的完成条件差值邻边小于或等于允许值的两倍极限。
假设有性能函数
其中R和S分别表示电阻和负载。
均值与标准值的关系为
在上面的公式中，Skappa;和Rkappa;规模因素。在规范中，通常使用值以某分位数为标准值，可以写成下面的方程
p是小于等于的概率到kx。当X和的分布函数p的值已知，kx可以用另一种形式给出
式(9)可以转化为
偏系数是常用的值大于等于1，所以取乘数当基本变量为负时，除数选其他的。当使用均值时，部分系数作为
当使用标准时，偏系数给出了为
在上面的公式中，确定目标可靠指标beta;通常采用校准方法，其中应找出现有结构的隐式值按照规范，然后给出了未来的目标值综合分析和调整。图1显示了可靠的关系periodT指标beta;和设计参考
研究结果表明，当失败时概率3 f Pge;10minus;(beta;le;3.09),的影响随机变量在fp上的分布类型不是敏感。也就是说，它是可以计算的不考虑实际情况的fp值满足上述条件的分布类型。因此，这些分布类型相对简单比如正态，对数正态，和极值值类型I分布可以真实模拟代替。
推导偏系数是可行的在第1级中，对于给定的性能函数协调*i x为第2级设计点。很长一段时间以来，设计师都是这样习惯使用标准值的basic结构的变量和偏系数设计中，积累了大量的工程实践。在这种情况下,设计表达式仍采用的形式有部分系数。所以不需要计算概率方面直接在设计过程中，但是表达式的内容包括理论结构可靠性研究成果。因此，下面的设计表达式为给出了确定极限状态[2]的方法
这里,0gamma;表示部分因素,重要性Ggamma;和Q1gamma;/gamma;气分别代表部分恒载与变载系数(1/其他不。i)、SGK和SQ1K / SQiK分别表示标准恒载和变载的影响负载(SQ1K gt; SQiK),cipsi;表示相结合的价值SQiK系数R(sdot;)代表电阻功能式中，kf为标准值材料性能和K a代表标准几何尺寸的值。
涉及国内外规格并考虑到工程实践中，安全等级划分分为三个级别(大、中、小)和每级0.5可靠指标变化，等价于失效概率的变化一个数量级。
各种变载荷i Q及其影响随机过程是否随时间和空间而变化它们的最大值不能同时出现。的考虑概率分布的FOSM方法的基本变量，取安全的最大值随机变量在参考期间而不是随机过程的可靠性分析。的问题简化为确定概率负荷效应的最大分布组合。
一个布尔变量用于描述元件i的可靠性状态如下
另一个布尔变量用于描述系统的可靠性状态如下
串联系统是一个典型的相互作用系统，结构函数可以表示为
元素i的失效概率为
系统的失效概率为
至于串联系统，根据元素是完全独立的还是相互关联的转换为
一般情况下介于两者之间的是失败级数系统的概率有其界为
遵循
三 实例分析
输送门式起重机是大型专业起重机集装箱堆场装卸机械各地港口，降低劳动强度，提高劳动质量工人的工作条件。此外,他们可以提高hellip;hellip;的生产能力操作和安全生产密切相关。因此，有必要对其进行分析起重机结构可靠性。本案为矮架桥式空架堆垛起重机结构简单，使用方便一个全面的分析。
根据起重机的整体性能，根据招标文件的要求并说明规格，经车轮计算压力稳定，初步设计是如图3所示，为初始值为下面的结构可靠性分析提供数据。
静负荷:DL = 249.3 t
电车负载:TL = 33辆t
吊具负载:LS=12t
起重负荷:LL6t
龙门速度:50g v = m/min
小车速度:150t v = m/min
龙门尺寸:S =14m
龙门的基本距离:W =14.7 m
整个跨度:L = 37.16 m
操作/装风速度:20/44米/秒
碰撞载荷:小车缓冲50t /台
与满载龙门的惯性载荷为0.3g (g—重力加速度)
表1提供了其中的加载情况需要根据标书进行核对文档。
移动荷载分别影响a集中荷载在以下四个位置如表
本文绘制了一个完整的可靠性分析方法，并介绍一种改进部分系数的计算方法。在这种方法，最不宜设计条件为上述模型强度的3倍选择分析来获得性能函数Z的线性结构，然后MATLAB程序解决了负载和电阻的部分因素在自由/开源软件的基础上。这是不必要的预先设定或优化部分负荷因数部分阻力系数。
对于起重机来说，负载相对较少类型中最不利的负载组合根据招标文件，所以概率在所有可变荷载中出于安全考虑，存在相同的时间。在方程(42),有1 cipsi;=。起重机安全等级正常无特殊要求的，按方程(40),gettinggamma;0 = 1。OS3X的结构性能函数是
基于分布条件列表按排列，有
鉴于起重机的元件是延性和一般参考周期是20年,beta;如图1所示。偏因子准则使用均值为索引,然后
类似于以上。初始值的gamma;1开始迭代。
表中列出了求解的计算过程给出了OS3X的部分因子及其结果如下
部分因子准则使用的标准为索引,然后
结果由式(28)给出(29)
利用以上得到的部分根据GB3811-2008，有新的因素设计结果强度(FS)检查:0 100/5.05 0 RK FSYIDMAX =gamma;minus;FDDMAX = gt;单位(FR / 100)钢筋屈曲(BUC)检查:0 100/28.55 0 RK BUCYIDMAX =gamma;minus;FDDMAX = gt;板屈曲(BUCB)检查:0 100/0.05 0 RK BUCBYIDMAX =gamma;minus;FDDMAX = gt;
在ANSYS的可靠性分析中，它是第一行生成分析文档，其中包括预处理、求解和后处理(包括提取结果)。图4显示了负载和约束条件在ANSYS读取后的OS3X模型中分析文档。
以上MAT(1,1)为许用应力所选材料(Q345)及ADANS表示检查区域。图6显示了分布和密度的图形FR的函数。
风LoadFW (10 - 6):FW= (FW1 FW2 FW3 FW4 FW5 FW6 FW7)times;106以上FW1 ~ FW7分别表示腿、顶梁、底梁的风荷载，对角线连杆，三焦点连杆，机房和电车和容器。
、FW的密度函数计算为
遵循
没有直接的方法来定义分布的极值类型I，其解为代之以函数，它是合适的的命令lsqcurvefit的极值类型IMATLAB程序。
图7显示了一致性的程度极值类型i和之间的分布
gamma;的FW
碰撞LoadFC (10 - 6):FC = 2times;科尔gtimes;times;10minus;6FC的密度函数计算为
遵循
图9显示了该分布的图形以及FC的密度函数
FL的密度函数计算为
遵循
图10显示了该分布的图形以及FL的密度函数。
图11显示了的历史样本强度输出参数FSYIDMAX 0。
均值和标准差的曲线图12中FSYIDMAX 0的值逐渐增大收敛性和趋势水平，证明了仿真时间足够了。图13为的灵敏度图FSYIDMAX为0，可见影响较大影响因素依次为:碰撞载荷FC和耐负荷FR。
选择拟合响应曲面的回归模型二次逼近函数(Quad.w.Xterms)与交叉项。的拟合响应面[6]如图14所示FSYIDMAX 0，证明了代表性的正确性。
SSE趋于0和R2的匹配度响应面和采样点为更好。蒙特卡罗[7]仿真技术是计算设计的概率基于这些响应曲面的结果。的方法通过以下方法获得响应值从响应中提取近似函数曲面，而不是随机输入的参数分析文档。解一个已知方程是快得多。这里使用1234567作为初始种子，1000万次循环。
图15为FSYIDMAX 0的直方图
通过后期的性能处理函数Z中，FSYIDMAX小于0的概率0是2.4150210 - 4。BUCYIDMAX 0和的算术BUCBYIDMAX 0与前面描述的类似以上。通过计算，。的概率BUCYIDMAX 0 lt; 0 = 0，为1236BUCBYIDMAX 0，是1。1736910-3。通过的影响因素BUCYIDMAX 0依次为FC, FR, FL, as对于BUCBYIDMAX 0，为FC, FL, FD。
虽然起重机大多是超静的结构中，任何一个元件的失效都被视为整个系统在设计过程中的故障。也就是说，失效概率的计算是根据式(50)似级数系。
整个系统的故障概率起重机是1.1736910-3，小于1.3三分(对应于beta;= 3.0)。因此,起重机通过其中的极限状态的检验包括强度和屈曲场。
四 结论
通过以上的研究，对其可靠性进行了探讨对于起重机系统，可以得出以下结论。
1）求偏微分的新方法系数，其编程由MATLAB，经PDS验证是有效的。起重机的可靠指标beta;与新设计蒙特卡罗分析中的参数类似于beta;隐含在当前的
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资料编号：[1267]
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