一种获取吊车荷载建模样本的可行性方法与流程

本发明属于工业建筑吊车荷载及可靠度分析领域，具体涉及一种获取吊车荷载建模样本的可行性方法。

背景技术：

吊车荷载建模问题是工业建筑可靠度分析的关键问题，由于工业建筑自身环境的复杂性和特殊性，至今无法对吊车荷载实行长时间持续的监测，获得可靠度分析时吊车荷载建模所需的样本数据。

评估建筑结构的可靠度水准时，一般保守取最不利的荷载模型，以保证结构有一定的安全裕度，弥补可靠性分析过程中的各种不确定性和简化理论。在确定荷载概率模型时，应选取同一荷载源，各独立统计时段的荷载最大值作为统计样本。在足够的样本数据基础上，建立荷载任一时点的概率模型，例如风压的建模，考虑其荷载年独立性的特点，以每年各气象台连续的风压资料，获取足够数量的年最大风压样本。但考虑到吊车荷载在同一运行期内完全相关，不同运行期间，因吊车更换而独立，故其荷载建模的观测时长，即独立统计时段，理论上应为一个运行期。但吊车荷载运行期一般设定为10—20年，若直接对整个运行期进行连续观测，获取吊车荷载最大值(即吊车荷载运行期最大值)样本，将是耗资巨大近乎无法实现的。若要获得同一厂房多个运行期的足够多个荷载最大值作为荷载建模样本，更是不可行的。因此，有必要提出一种科学简化的、可行的获取荷载最大值的调查统计方法，为吊车荷载的建模提供充足的样本数据。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种获取吊车荷载建模样本的可行性方法，基于对吊车荷载自身特点和荷载建模理论的分析，提出时空互换定值法，具有科学的理论基础。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，确定吊车的工作级别；

步骤二，调查确定吊车荷载的观测周期δτ；

步骤三，调查确定吊车在观测周期δτ内起重量的最大值和小车的最不利位置，以观测周期内起重量的最大值，和小车出现的最不利位置作为观测周期δτ内的最不利工况；

步骤四，采用现场试验或理论等价计算的方法，确定上述最不利工况下的吊车荷载值，将其与规范规定的荷载标准值的比作为无量纲量，作为此工作级别吊车，在观测周期δτ内的一个吊车荷载最大值样本，此处吊车荷载值为确定的某一时间点值，可代表观测时段δτ内的最大值；

步骤五，根据观测周期δτ内吊车荷载各态历经性的特点，将步骤四中所得的观测周期δτ内的吊车荷载最大值样本数据，作为吊车运行期内荷载最大值的样本数据；

步骤六，对相同工作级别吊车的不同厂房进行步骤二至步骤五的统计实测，获得多个厂房吊车运行期内荷载最大值的样本数据；

步骤七，根据时空互换定值法，上述空间维度的相同工作级别吊车多个厂房在吊车运行期内荷载最大值的样本数据，可等值代表时间维度上同一厂房同工作级别吊车多个运行期内吊车荷载最大值的样本数据；

步骤八，因吊车运行期内荷载具有独立性，根据平稳二项随机过程建模理论，将吊车运行期作为荷载建模样本测试时的统计时段τ，上述所得相同工作级别吊车多个厂房在吊车运行期内荷载最大值的样本，即可作为平稳二项随机过程建模所需的样本。

调查确定吊车荷载的观测周期δτ，确定原则为：根据厂房工艺具有周期性的特点，保证观测周期δτ内获得的吊车所吊重物和小车位置的各种工况，可代表运行期内可能出现的各种工况，即保证观测周期δτ内吊车荷载的各态历经性。

小车的最不利位置是指观测期内最靠近引起吊车荷载理论最大值的小车位置的值。

与现有技术相比，本发明采用时空互换定值法，根据吊车荷载的各态历经性特征和荷载建模时的平稳二项随机过程理论，对相同工作级别吊车的多个厂房，在各观测周期δτ内，通过调查、实测获得各厂房在各自最不利工况下的吊车荷载值，即各观测周期δτ内荷载最大值的样本，考虑的荷载各态历经性，将其作为各厂房吊车在一个运行期内荷载最大值的样本，并经时空等值转换，作为同一厂房相同工作级别吊车多个运行期内吊车荷载最大值的样本，即吊车荷载的建模样本。该发明的特点是根据时空互换定值法，用同类型荷载在空间维度的多个样本值代替此荷载时间维度上的样本，解决了时间维度观测样本在数量上，不足以建立荷载模型的问题；根据工业建筑的使用工艺，考虑吊车荷载具有各态历经性的特点，用观测期内获取的荷载最大值代表统计周期(吊车运行期)内荷载最大值，解决了因运行期太长(10—20年)，获取运行期内荷载最大值的不可行性问题；根据可靠度理论对荷载建模时考虑最大值的特点，用实测观测期内调查确定的最不利工况下(最大实际起重量和小车实际最不利位置)的吊车荷载值，作为观测期内的荷载最大值，解决了吊车荷载无法实现连续性观测的问题，最终为获取吊车荷载建模所需的荷载样本提供了可行的参考办法。

附图说明

图1为吊车荷载在时间维度和空间维度的随机性示意图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

吊车荷载同时是时间维度和空间维度的变量，属于随机过程，其荷载随机特征如图1所示，具有如下的作用特点：

1)同一时间点大车的位置是随机的。

2)同一大车位置，不同时间点吊车荷载的值是随机的，其值与小车位置的随机性有关。

3)特定的时间点和特定的大小车位置，吊车荷载的值唯一。

吊车荷载的建模，是为应用于考虑吊车荷载的工业建筑结构或构件的可靠度计算，根据jcss(国际可靠度联合委员会)推荐的荷载概率模型的选取原则，应取荷载统计模型以及设计基准期最大值的概率模型作保守分析，以弥补可靠度计算中的各种不确定因素和模糊因素。

对多台吊车荷载效应组合时，需借助影响线法，考虑吊车荷载的位置随机性(工业厂房吊车荷载的概率模型和组合方法)，此位置指的是大车的位置，其取值并不影响吊车荷载的值，仅影响吊车荷载引起吊车梁或排架柱的荷载效应值。而对于小车位置的随机性，因其直接影响了吊车荷载取值的大小，将其同吊车荷载在时间维度上的随机性一同考虑，在确定吊车荷载概率模型时，以荷载样本的形式展现。因此，吊车荷载建模时，考虑其受小车位置影响的时间维度上的随机性，这样就转化成了一维随机过程问题。

一般工业厂房在设计时，厂房工艺已定，吊车的型号及吊车荷载的性质也都是确定的，荷载随机过程具有各态历经性的特点，属于平稳随机过程。

要确定吊车荷载的概率模型，按照平稳二项随机过程建模理论，需确定保持荷载间相互独立的统计时段τ，并测得各统计时段内荷载最大值作为统计样本，用足够的样本数获得统计参数和荷载模型。厂房内的吊车，在设计使用年限内，以运行期为独立时间区段进行更换，运行期内的吊车荷载最大值完全相关，运行期间的吊车荷载因吊车更换而相互独立，应取统计时段τ的时长为吊车运行期。每个运行期内，吊车荷载最大值的任一时点概率分布是同质的，即τ内吊车荷载最大值的作用是平稳的。

获取运行期内吊车荷载的最大值作为样本，需跟踪观测同台吊车多个运行期的荷载，获得每个运行期内荷载的最大值。吊车运行期一般为10—20年，实现运行期内的连续观测是耗资巨大的。厂房涉及使用年限一般为50年，获取多个样本值也是不可能的。

采用时空互换定值法，以多个同类型厂房内的同类型运行吊车，在相同运行期内的吊车荷载最大值为样本，用空间维度上的样本数量代替时间维度上的样本数量，可解决厂房样本不足的问题。

运行期τ内吊车荷载最大值的获取方法，若采用长时间的连续观测是不可行的，也是耗资巨大的。由于吊车运行时其使用工艺具有周期性的特点，可据此确定吊车荷载的观测周期δτ，以观测周期δτ内吊车荷载的最大值代表运行期τ内吊车荷载最大值，但需保证观测周期δτ内获得的吊车所吊重物和小车位置的各种工况，可代表运行期内可能出现的各种工况，即保证观测周期δτ内吊车荷载的各态历经性。观测周期需根据各厂房工艺特征及吊车使用历史情况，经调查及询问厂房工人予以确定。

通过时空互换定值法，以多个同类型厂房的同类型吊车，在各观测周期δτ内吊车荷载的最大值为样本，即可建立吊车荷载的概率模型。

观测周期内吊车荷载的最大值，至今无法采用连续观测的方法。例如，对于吊车竖向荷载最大值(最大轮压值)，需熔掉部分吊车轨道，以预埋压敏传感器，并保证传感器的受力稳定性，才可以实现荷载值的连续观测，但对吊车轨道有损害性，对厂房生产影响较大，获取多个观测样本不可行。

吊车荷载的最大值，与其起重量的最大值，和小车的最不利位置有关(即引起吊车荷载最大值的位置，如对于吊车轮压，理论最不利位置位于支座处，但实际取值时，取观测期内最靠近支座的位置为观测期内小车最不利位置的实测值)。因此观测周期内的最大值，可保守考虑为：观测周期内统计所得的起重量最大值，和小车最不利位置引起的吊车荷载值，即转换为一个时间点上的荷载值。对观测周期内起重量的最大值和小车出现的最不利位置，可经调查统计很方便的获得，对某一个时间点上固定工况的荷载值可通过现场实验的方法获得，也可采用理论等价计算的方法获得。

由于吊车荷载受其使用周期、空缺时间、额定起重量、工作级别等的影响，实测时需根据工作级别(a1—a8共8个级别)的不同分别做出统计，并以吊车荷载实测值与规范规定的荷载标准值的比作为无量纲量计入数据。

如此，即可获得吊车荷载建模时的足够量的样本值。吊车荷载的可行性调查实测的时空互换定值法如图2。

本发明包括以下步骤：

步骤一，确定吊车的工作级别(a1-a8共8个级别)，因不同工作级别吊车的繁重程度、吊车利用次数和荷载大小及状态不同，在吊车荷载建模时需区分工作级别分别考虑；

步骤二，调查确定吊车荷载的观测周期δτ；

步骤三，调查确定吊车在观测周期δτ内起重量的最大值和小车的最不利位置，以同时考虑调查的观测周期内起重量的最大值，和小车出现的最不利位置作为观测周期δτ内的最不利工况；

步骤四，采用现场试验或理论等价计算的方法，确定上述最不利工况下的吊车荷载值，

将其与规范规定的荷载标准值的比作为无量纲量，作为此工作级别吊车，在观测周期δτ内的一个吊车荷载最大值样本，此处吊车荷载值为确定的某一时间点值，代表观测时段δτ内的最大值；

步骤五，根据观测周期δτ内吊车荷载各态历经性的特点，将步骤四中所得的观测周期δτ内的吊车荷载最大值样本数据，作为吊车运行期内荷载最大值的样本数据；

步骤六，对相同工作级别吊车的不同厂房进行步骤二至步骤五的统计实测，获得多个厂房吊车运行期内荷载最大值的样本数据；

步骤七，根据时空互换定值法，上述空间维度的相同工作级别吊车多个厂房在吊车运行期内荷载最大值的样本数据，可等值代表时间维度上同一厂房同工作级别吊车多个运行期内吊车荷载最大值的样本数据；

步骤八，因吊车运行期内荷载具有独立性，根据平稳二项随机过程建模理论，将吊车运行期作为荷载建模样本测试时的统计时段τ，上述所得相同工作级别吊车在多个厂房吊车运行期内荷载最大值的样本，即平稳二项随机过程建模所需的样本。

调查确定吊车荷载的观测周期δτ，确定原则为：根据厂房工艺具有周期性的特点，保证观测周期δτ内获得的吊车所吊重物和小车位置的各种工况，可代表运行期内可能出现的各种工况，即保证观测周期δτ内吊车荷载的各态历经性。

小车的最不利位置是指观测期内最靠近引起吊车荷载理论最大值的小车位置的值。