基于能量法的柔性棚洞防护结构可靠性分析

为提供一种落石冲击作用下柔性棚洞防护结构的可靠性设计方法,基于能量法根据柔性棚洞结构耗能构件主要是钢绳索和钢丝网的特点建立了抗力函数,将落石的重力势能作为效应函数与抗力函数联立得到结构的功能函数。根据所建立的功能函数,利用MATLAB软件,一次二阶矩法计算一实际工程在不同落石规模下的可靠度。参照国内相近规范选定3.7作为目标可靠指标,对其防护能力进行评估,分析随机变量对结构可靠性的影响程度,提出柔性棚洞可靠性的设计流程。可靠度计算表明:柔性棚洞结构的可靠度随着落石重力和下落高度的增加而减少,灵敏度分析表明钢丝绳截面面积、屈服强度的大小及波动对结构可靠性的影响大于其他因素。

基于能量法的被动柔性棚洞防护结构设计理论

由于被动柔性棚洞防护结构缺少相关的设计理论,为此,首先将复杂的结构转化为简单的力学模型,通过增量变刚度法分析了钢拱架变成机构的力学行为,明确了钢拱架与钢绳索的屈服机制,研究了钢绳索耗能与钢拱架极限承载力,建立被动柔性棚洞防护结构的耗能计算原理,为柔性棚洞结构提供了基于能量法的设计理论。然后,结合工程实例,进行有限元分析与理论计算的结果对比,验证基于能量法的设计理论的准确性。最后,根据提出的基于能量法的设计理论,给出了关于柔性棚洞防护结构方案设计与选型方面的建议。研究结果表明:工程实例的理论计算结果与有限元分析结果较吻合;在选型方面,为提高整体结构耗能,应使钢绳索先于钢拱架屈服,并加大钢绳索使用长度及屈服拉力;抛物线式钢拱架极限承载力高于同等条件下其他形式钢拱架,应优先选用。