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实木门架的Eurocode 5设计标准的基于可靠性的分析和校准

在提起 土木工程项目主题, 当前项目 by 九月23,2020
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基于Solidcode的Eurocode 5设计标准的基于可靠性的分析和校准。

摘要

在这项研究中,实验室对一些常用的木材进行了测试(Alstonia boonei,Triplechiton Scleroxylon,Terminalia Ivorensis,Terminalia superba和Lophira Alata)在尼日利亚。

测试符合EN 408,EN 13153-1和ASTM D-143。 根据欧洲规范5对测试结果进行了分析,借助Easyfit统计软件包对欧洲规范0,JCSS和EN 384进行了分析。

生成了每个物种的参考特性(密度,弹性模量和弯曲强度)的统计数据,并在将尼日利亚参考水分含量调整为338%之后将EN 18强度等级分配给每个物种。

密度的平均值是:360.76kg / m3,380.25kg / m3,472.10kg / m3,533.89kg / m3,955.93kg / m3,为 Alstonia boonei,Triplechiton Scleroxylon,Terminalia Ivorensis,Terminalia superba和Lophira Alata 分别。 相应的变异系数为4%,16%,18%,19%和4%。

同样,弹性模量的平均值为8192.0N / mm2,6137.80N / mm2,12161.0N / mm2,11614.0N / mm2 和22750.0N / mm2,为 Alstonia boonei,Triplechiton Scleroxylon,Terminalia Ivorensis,Terminalia superba和Lophira Alata,相应的变异系数分别为6%,27%,22%,21%和12%。

另外,弯曲强度的平均值为43.09N / mm2,54.07N / mm2,70.49N / mm2,83.63N / mm2 和97.79N / mm2,为 Alstonia boonei,Triplechiton Scleroxylon,Terminalia Ivorensis,Terminalia superba和Lophira Alata, 相应的变异系数分别为12%,16%,19%,19%和16%。

使用Kolmogorov Simonov检验,将三种理论分布模型(正态,对数正态和gumbel)拟合到参考材料的特性。

发现正态分布最适合木材密度,而弹性模量和弯曲强度的最佳拟合理论分布模型是对数正态分布。 根据EN 338的等级限制,将强度等级D18分配给 Alstonia boonei,Trichochiton Scleroxylon和Terminalia Ivorensis。

榄仁, 被分配到强度等级D24 罗菲拉·阿拉塔(Lophira Alata) 被指定为强度等级D60。 派生的材料特性(平行于和垂直于晶粒的拉伸强度和抗压强度,剪切强度和剪切模量)是根据EN 384从参考特性中生成的。

在各种国际参考文献中报告的有关材料特性和载荷统计的生成统计数据,用于基于三铰链实木门架的Eurocode 5设计标准的可靠性分析和校准。

为框架确定了XNUMX种故障模式,并为每种故障模式开发了极限状态功能。 使用一阶可靠性方法和遗传算法对组件和系统进行可靠性分析。

发现after柱接头失效模式是主要的。 发现主要模式的隐含安全性与框架隐含系统的可靠性非常吻合。

这表明,木结构系统的可靠性是其关键破坏模式的可靠性。 建立了不确定性敏感的数学模型,用于预测材料安全系数。

建议将这些模型用于拟议的欧洲法规5的尼日利亚国家附录中。

目录

标题页
宣言二
认证iii
奉献四
致谢v
摘要vi
目录表八
图形清单xv
表清单xxi
板列表xxvi
附录清单xxvii
符号xxviii

第一章:绪论1

1.1前言1
1.2问题陈述和研究依据3
1.3目的和目标4
1.4研究假设4
1.5范围和局限性4

第二章:文献综述7

2.1前言7
2.2木材10的基本材料特性
2.2.1背景10
2.2.2结构木材的刚度和强度变化13
2.2.3被测木材的背景15
2.3木材19的强度等级
2.3.1木材强度分类系统19
2.3.2尼日利亚工作守则(NCP 2)中的木材分级系统22
2.4木材结构上的有效载荷持续时间23
2.4.1欧洲规范5负载持续时间系数Kmod 24
2.5木材暴露于火25
2.5.1 BS 5268:第4-1978部分消防设计要求31
2.5.2根据欧洲规范5的耐火性评估
2.6遗传算法33
2.6.1选择运算符34
2.6.2选择机制34
2.6.3轮盘赌选择35
2.6.4线性排名选择35
2.6.5比赛选择35
2.6.6精英36
2.6.7编码36
2.6.8交叉和变异36
2.7结构安全概念36
2.7.1结构可靠性理论框架。 39
2.7.2蒙特卡洛模拟方法42
2.7.3一阶和二阶可靠性方法43
2.7.4概率转换方法(PTM)45
2.7.5使用遗传算法的结构可靠性47
2.7.6使用人工神经网络(ANN)进行可靠性分析50
2.7.7影响木结构可靠性分析与设计的性能51
2.8材料安全系数的概率校准51

第三章:材料与方法53

3.1前言53
3.2材料54
3.3实验室实验和数据分析方法56
3.3.1密度和水分含量的测定56
3.3.2三点弯曲测试方法62
3.3.3四点弯曲测试方法63
3.3.4弯曲强度的调整因子63
3.3.5派生材料属性73
3.3.6水分调节因子75
3.3.7分布拟合和拟合优度检验76
3.3.8概率密度函数78
3.3.9材料特性的特征值80
3.3.10材料特性的百分数值80
3.3.11参考材料特性差异分析81
3.3.12方差的双向分析(双向方差分析)81
3.3.13强度等级的分配82
3.4可靠性分析和校准的方法论83
3.4.1故障模式85
3.4.2极限极限状态故障模式85
3.4.3服务限制状态失败模式87
3.4.4框架几何88
3.4.5作用和负载组合的影响88
3.4.6结构分析89
3.4.7欧洲规范5设计值90
3.4.8各种故障模式的极限状态功能91
3.4.9极限状态功能的评估105
3.4.10通过遗传算法107建立可靠性分析
3.4.11系统可靠性分析112
3.4.12木材113的材料特性统计模型
3.4.13加载参数统计115
3.4.14其他参数统计
3.4.15基于可靠性的校准117
3.4.16代码校准方法118
3.4.17标准化FORM灵敏度系数的方法119
3.4.18使用最小误差的代码校准121
3.5数值实验的设置122
3.5.1主目录124
3.5.2表单目录124
3.5.3分发模型安装目录125
3.5.4分发转换目录125
3.5.5变异系数目录125
3.5.6故障目录的概率125
3.5.7系统可靠性目录125
3.5.8风荷载目录126
3.5.9材料属性目录126
3.5.10遗传算法操作目录126

第四章:结果与讨论127

4.1实验结果与讨论127
4.1.1水分含量测试结果与讨论127
4.1.2密度测试结果与讨论127
4.1.3三点弯曲测试结果与讨论128
4.1.4四点弯曲试验130的弹性模量和弯曲强度
4.1.5弯曲强度和弹性模量的数学传递模型131
4.1.6水分调整密度139
4.1.7水分调整后的弹性模量139
4.1.8水分调节弯曲强度140
4.1.9分布拟合和拟合优度检验141
4.1.10密度分布模型142
4.1.11弹性模量的分布模型143
4.1.12弯曲强度的分布模型145
4.1.13扭曲和密度过高峰度146
4.1.14弹性模量的偏度和过度峰度150
4.1.15弯曲强度和过度弯曲度154
4.1.16百分数值157
4.1.17参考材料属性的特征值160
4.1.18衍生材料特性的特征值161
4.1.19巴特莱测试164
4.1.20方差的双向分析(双向方差分析)166
4.1.21强度等级的分配167
4.2可靠性分析结果与讨论172
4.2.1机架172的组件和系统可靠性
4.2.2灵敏度分析177
4.2.3火灾中门框的可靠性182
4.2.4受风作用的车架的可靠性分析192
4.2.5。 车架after斜率对车架可靠性的影响193
4.2.6帧大小变化引起的灵敏度分析(默认大小因子= 1.0)194
4.2.7木材服务等级对车架可靠性的影响195
4.2.8框架成员细长度的影响196
4.2.9漂移极限对摇摆模式可靠性的影响197
4.2.10变量对框架安全总负载率的影响198
4.2.11荷载参与对车架安全性的影响199
4.2.12更改物料属性分配模型的影响200
4.2.13负荷参数分布模型变化的影响201
4.2.14材料特性和载荷变化系数变化的影响202
4.3基于可靠性的校准204
4.3.1校准材料安全系数204
4.3.2计算材料安全系数209上的有效载荷比
4.3.3材料变异系数对计算的材料安全系数210的影响
4.3.4小结215

第五章:结论和建议217

5.1结论217
5.2建议219
参考221

引言

1.1序言

基于最新的数据库,许多国家已经制定或正在制定自己的行为准则。 由于地理和环境条件的多样性,每个国家都需要制定其设计规范。

在包括尼日利亚在内的大多数共同财富国家中(Auta和Mastenikov,2006; SNiP,2004; Onundi, 等人, 2009年)的物理结构和设施的设计或调查均符合英国标准操作规范的要求。

以前的英国木结构设计规范BS 5268是基于允许的应力方法。 该代码已于2010年5月撤回,并由Eurocode 5取代。Eurocode5268基于极限状态概念。 因此,自该日期以来,一直未维护BS XNUMX。

BS 5268的撤消和欧洲法规5的采用对尼日利亚和其他英联邦国家产生了广泛的影响。

在尼日利亚,木结构设计的操作规范主要基于撤消的允许应力设计规范。 这意味着NCP 2现在没有依据了。

基础设施建设中对本地内容的需求是发展中国家面临的严峻工程挑战(Aguwa和Sadiku,2011年)。 这清楚地表明,任何希望使用欧洲法规中体现的新木材设计方法的国家都必须对当地木材进行分级。

参考文献:

Afolayan,JO和Abubakar,I。(2003年)。 基于可靠性的钢筋混凝土单向板设计程序,依据BS 8110(1985)。 黑鬼 旅途 恩格。 扎里亚阿马杜贝洛大学。 11(2)第1-5页。

Afolayan,JO(2004)。 具有成本效益的木地板振动标准。 亚洲土木工程杂志(建筑与住房)5(1-2)页57-67。

Afolayan,JO(2005)基于概率的胶合薄网状木梁设计。 亚洲土木工程杂志(建筑与住房)。 4(1-2)75-84页。

Afolayan,JO和Abdulkareen,YO(2005)。 木材工业中有效的材料利用:薄网状梁胶合的问题。 亚洲土木工程杂志(建筑与住房)6(1-2)第55-65页。

Afolayan,JO和Opeyemi,DA(2008年)。 粘性土和无粘性土中混凝土静桩承载力的可靠性分析。 应用科学研究杂志3(5)第407-411页。

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