本發明屬于工業建筑吊車荷載及可靠度分析領域，具體涉及一種獲取吊車荷載建模樣本的可行性方法。

背景技術：

吊車荷載建模問題是工業建筑可靠度分析的關鍵問題，由于工業建筑自身環境的復雜性和特殊性，至今無法對吊車荷載實行長時間持續的監測，獲得可靠度分析時吊車荷載建模所需的樣本數據。

評估建筑結構的可靠度水準時，一般保守取最不利的荷載模型，以保證結構有一定的安全裕度，彌補可靠性分析過程中的各種不確定性和簡化理論。在確定荷載概率模型時，應選取同一荷載源，各獨立統計時段的荷載最大值作為統計樣本。在足夠的樣本數據基礎上，建立荷載任一時點的概率模型，例如風壓的建模，考慮其荷載年獨立性的特點，以每年各氣象臺連續的風壓資料，獲取足夠數量的年最大風壓樣本。但考慮到吊車荷載在同一運行期內完全相關，不同運行期間，因吊車更換而獨立，故其荷載建模的觀測時長，即獨立統計時段，理論上應為一個運行期。但吊車荷載運行期一般設定為10—20年，若直接對整個運行期進行連續觀測，獲取吊車荷載最大值(即吊車荷載運行期最大值)樣本，將是耗資巨大近乎無法實現的。若要獲得同一廠房多個運行期的足夠多個荷載最大值作為荷載建模樣本，更是不可行的。因此，有必要提出一種科學簡化的、可行的獲取荷載最大值的調查統計方法，為吊車荷載的建模提供充足的樣本數據。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種獲取吊車荷載建模樣本的可行性方法，基于對吊車荷載自身特點和荷載建模理論的分析，提出時空互換定值法，具有科學的理論基礎。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

步驟一，確定吊車的工作級別；

步驟二，調查確定吊車荷載的觀測周期δτ；

步驟三，調查確定吊車在觀測周期δτ內起重量的最大值和小車的最不利位置，以觀測周期內起重量的最大值，和小車出現的最不利位置作為觀測周期δτ內的最不利工況；

步驟四，采用現場試驗或理論等價計算的方法，確定上述最不利工況下的吊車荷載值，將其與規范規定的荷載標準值的比作為無量綱量，作為此工作級別吊車，在觀測周期δτ內的一個吊車荷載最大值樣本，此處吊車荷載值為確定的某一時間點值，可代表觀測時段δτ內的最大值；

步驟五，根據觀測周期δτ內吊車荷載各態歷經性的特點，將步驟四中所得的觀測周期δτ內的吊車荷載最大值樣本數據，作為吊車運行期內荷載最大值的樣本數據；

步驟六，對相同工作級別吊車的不同廠房進行步驟二至步驟五的統計實測，獲得多個廠房吊車運行期內荷載最大值的樣本數據；

步驟七，根據時空互換定值法，上述空間維度的相同工作級別吊車多個廠房在吊車運行期內荷載最大值的樣本數據，可等值代表時間維度上同一廠房同工作級別吊車多個運行期內吊車荷載最大值的樣本數據；

步驟八，因吊車運行期內荷載具有獨立性，根據平穩二項隨機過程建模理論，將吊車運行期作為荷載建模樣本測試時的統計時段τ，上述所得相同工作級別吊車多個廠房在吊車運行期內荷載最大值的樣本，即可作為平穩二項隨機過程建模所需的樣本。

調查確定吊車荷載的觀測周期δτ，確定原則為：根據廠房工藝具有周期性的特點，保證觀測周期δτ內獲得的吊車所吊重物和小車位置的各種工況，可代表運行期內可能出現的各種工況，即保證觀測周期δτ內吊車荷載的各態歷經性。

小車的最不利位置是指觀測期內最靠近引起吊車荷載理論最大值的小車位置的值。

與現有技術相比，本發明采用時空互換定值法，根據吊車荷載的各態歷經性特征和荷載建模時的平穩二項隨機過程理論，對相同工作級別吊車的多個廠房，在各觀測周期δτ內，通過調查、實測獲得各廠房在各自最不利工況下的吊車荷載值，即各觀測周期δτ內荷載最大值的樣本，考慮的荷載各態歷經性，將其作為各廠房吊車在一個運行期內荷載最大值的樣本，并經時空等值轉換，作為同一廠房相同工作級別吊車多個運行期內吊車荷載最大值的樣本，即吊車荷載的建模樣本。該發明的特點是根據時空互換定值法，用同類型荷載在空間維度的多個樣本值代替此荷載時間維度上的樣本，解決了時間維度觀測樣本在數量上，不足以建立荷載模型的問題；根據工業建筑的使用工藝，考慮吊車荷載具有各態歷經性的特點，用觀測期內獲取的荷載最大值代表統計周期(吊車運行期)內荷載最大值，解決了因運行期太長(10—20年)，獲取運行期內荷載最大值的不可行性問題；根據可靠度理論對荷載建模時考慮最大值的特點，用實測觀測期內調查確定的最不利工況下(最大實際起重量和小車實際最不利位置)的吊車荷載值，作為觀測期內的荷載最大值，解決了吊車荷載無法實現連續性觀測的問題，最終為獲取吊車荷載建模所需的荷載樣本提供了可行的參考辦法。

附圖說明

圖1為吊車荷載在時間維度和空間維度的隨機性示意圖；

圖2為本發明的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

吊車荷載同時是時間維度和空間維度的變量，屬于隨機過程，其荷載隨機特征如圖1所示，具有如下的作用特點：

1)同一時間點大車的位置是隨機的。

2)同一大車位置，不同時間點吊車荷載的值是隨機的，其值與小車位置的隨機性有關。

3)特定的時間點和特定的大小車位置，吊車荷載的值唯一。

吊車荷載的建模，是為應用于考慮吊車荷載的工業建筑結構或構件的可靠度計算，根據jcss(國際可靠度聯合委員會)推薦的荷載概率模型的選取原則，應取荷載統計模型以及設計基準期最大值的概率模型作保守分析，以彌補可靠度計算中的各種不確定因素和模糊因素。

對多臺吊車荷載效應組合時，需借助影響線法，考慮吊車荷載的位置隨機性(工業廠房吊車荷載的概率模型和組合方法)，此位置指的是大車的位置，其取值并不影響吊車荷載的值，僅影響吊車荷載引起吊車梁或排架柱的荷載效應值。而對于小車位置的隨機性，因其直接影響了吊車荷載取值的大小，將其同吊車荷載在時間維度上的隨機性一同考慮，在確定吊車荷載概率模型時，以荷載樣本的形式展現。因此，吊車荷載建模時，考慮其受小車位置影響的時間維度上的隨機性，這樣就轉化成了一維隨機過程問題。

一般工業廠房在設計時，廠房工藝已定，吊車的型號及吊車荷載的性質也都是確定的，荷載隨機過程具有各態歷經性的特點，屬于平穩隨機過程。

要確定吊車荷載的概率模型，按照平穩二項隨機過程建模理論，需確定保持荷載間相互獨立的統計時段τ，并測得各統計時段內荷載最大值作為統計樣本，用足夠的樣本數獲得統計參數和荷載模型。廠房內的吊車，在設計使用年限內，以運行期為獨立時間區段進行更換，運行期內的吊車荷載最大值完全相關，運行期間的吊車荷載因吊車更換而相互獨立，應取統計時段τ的時長為吊車運行期。每個運行期內，吊車荷載最大值的任一時點概率分布是同質的，即τ內吊車荷載最大值的作用是平穩的。

獲取運行期內吊車荷載的最大值作為樣本，需跟蹤觀測同臺吊車多個運行期的荷載，獲得每個運行期內荷載的最大值。吊車運行期一般為10—20年，實現運行期內的連續觀測是耗資巨大的。廠房涉及使用年限一般為50年，獲取多個樣本值也是不可能的。

采用時空互換定值法，以多個同類型廠房內的同類型運行吊車，在相同運行期內的吊車荷載最大值為樣本，用空間維度上的樣本數量代替時間維度上的樣本數量，可解決廠房樣本不足的問題。

運行期τ內吊車荷載最大值的獲取方法，若采用長時間的連續觀測是不可行的，也是耗資巨大的。由于吊車運行時其使用工藝具有周期性的特點，可據此確定吊車荷載的觀測周期δτ，以觀測周期δτ內吊車荷載的最大值代表運行期τ內吊車荷載最大值，但需保證觀測周期δτ內獲得的吊車所吊重物和小車位置的各種工況，可代表運行期內可能出現的各種工況，即保證觀測周期δτ內吊車荷載的各態歷經性。觀測周期需根據各廠房工藝特征及吊車使用歷史情況，經調查及詢問廠房工人予以確定。

通過時空互換定值法，以多個同類型廠房的同類型吊車，在各觀測周期δτ內吊車荷載的最大值為樣本，即可建立吊車荷載的概率模型。

觀測周期內吊車荷載的最大值，至今無法采用連續觀測的方法。例如，對于吊車豎向荷載最大值(最大輪壓值)，需熔掉部分吊車軌道，以預埋壓敏傳感器，并保證傳感器的受力穩定性，才可以實現荷載值的連續觀測，但對吊車軌道有損害性，對廠房生產影響較大，獲取多個觀測樣本不可行。

吊車荷載的最大值，與其起重量的最大值，和小車的最不利位置有關(即引起吊車荷載最大值的位置，如對于吊車輪壓，理論最不利位置位于支座處，但實際取值時，取觀測期內最靠近支座的位置為觀測期內小車最不利位置的實測值)。因此觀測周期內的最大值，可保守考慮為：觀測周期內統計所得的起重量最大值，和小車最不利位置引起的吊車荷載值，即轉換為一個時間點上的荷載值。對觀測周期內起重量的最大值和小車出現的最不利位置，可經調查統計很方便的獲得，對某一個時間點上固定工況的荷載值可通過現場實驗的方法獲得，也可采用理論等價計算的方法獲得。

由于吊車荷載受其使用周期、空缺時間、額定起重量、工作級別等的影響，實測時需根據工作級別(a1—a8共8個級別)的不同分別做出統計，并以吊車荷載實測值與規范規定的荷載標準值的比作為無量綱量計入數據。

如此，即可獲得吊車荷載建模時的足夠量的樣本值。吊車荷載的可行性調查實測的時空互換定值法如圖2。

本發明包括以下步驟：

步驟一，確定吊車的工作級別(a1-a8共8個級別)，因不同工作級別吊車的繁重程度、吊車利用次數和荷載大小及狀態不同，在吊車荷載建模時需區分工作級別分別考慮；

步驟二，調查確定吊車荷載的觀測周期δτ；

步驟三，調查確定吊車在觀測周期δτ內起重量的最大值和小車的最不利位置，以同時考慮調查的觀測周期內起重量的最大值，和小車出現的最不利位置作為觀測周期δτ內的最不利工況；

步驟四，采用現場試驗或理論等價計算的方法，確定上述最不利工況下的吊車荷載值，

將其與規范規定的荷載標準值的比作為無量綱量，作為此工作級別吊車，在觀測周期δτ內的一個吊車荷載最大值樣本，此處吊車荷載值為確定的某一時間點值，代表觀測時段δτ內的最大值；

步驟五，根據觀測周期δτ內吊車荷載各態歷經性的特點，將步驟四中所得的觀測周期δτ內的吊車荷載最大值樣本數據，作為吊車運行期內荷載最大值的樣本數據；

步驟六，對相同工作級別吊車的不同廠房進行步驟二至步驟五的統計實測，獲得多個廠房吊車運行期內荷載最大值的樣本數據；

步驟七，根據時空互換定值法，上述空間維度的相同工作級別吊車多個廠房在吊車運行期內荷載最大值的樣本數據，可等值代表時間維度上同一廠房同工作級別吊車多個運行期內吊車荷載最大值的樣本數據；

步驟八，因吊車運行期內荷載具有獨立性，根據平穩二項隨機過程建模理論，將吊車運行期作為荷載建模樣本測試時的統計時段τ，上述所得相同工作級別吊車在多個廠房吊車運行期內荷載最大值的樣本，即平穩二項隨機過程建模所需的樣本。

調查確定吊車荷載的觀測周期δτ，確定原則為：根據廠房工藝具有周期性的特點，保證觀測周期δτ內獲得的吊車所吊重物和小車位置的各種工況，可代表運行期內可能出現的各種工況，即保證觀測周期δτ內吊車荷載的各態歷經性。

小車的最不利位置是指觀測期內最靠近引起吊車荷載理論最大值的小車位置的值。