钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析

通过对普通混凝土冻融破坏机理和失效准则的模糊性的分析,认为钢筋混凝土结构的冻融耐久性失效具有随机性和模糊性,并应该考虑抗力随时间的变化,在此基础上提出了混凝土结构冻融耐久性失效的随时模糊可靠度分析模型.算例分析表明,提出的钢筋混凝土结构冻融破坏的随时模糊可靠度分析模型,能够更好地反映结构在冻融循环作用下的实际可靠度.     

高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度分析

针对高强螺栓裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的概率密度函数相交可能发生疲劳破坏的问题,本文对高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型进行研究。分析了高强螺栓节点在腐蚀环境下的疲劳可靠度,并采用Gerberich-Chen公式,估算高强螺栓腐蚀裂纹扩展门槛值,同时基于断裂力学理论和结构可靠度理论,导出高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型,并以M24高强螺栓节点为例,对高强螺栓节点应力及受力进行计算,计算结果表明,螺栓最大使用应力为572MPa,高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度为0.994 5。该计算模型可以充分利用现有设计资料、数据,较方便地计算高强螺栓腐蚀疲劳可靠度,进而预测高强螺栓的疲劳寿命,为高强螺栓节点腐蚀疲劳计算分析提供了理论参考。     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

改进型钢管混凝土柱单腹板肩梁有限元分析及设计方法

钢管混凝土柱大量应用于工业厂房中,针对宝钢冶金厂房在使用过程中存在的问题,在改进型钢管混凝土柱单腹板肩梁承载力试验的研究基础上,对肩梁的高厚比与高跨比进行有限元参数分析,得到其对整体结构承载力的影响规律.根据试验及有限元分析结果,对钢管混凝土柱肩梁承载力设计方法进行研究发现:按考虑剪力作用下腹板受剪破坏控制方法进行设计较符合实际情况,并给出实用计算公式.通过与有限元计算结果比较得出:肩梁承载力实用公式满足结构可靠度规定的要求.研究将对该新型肩梁的工程应用奠定一定的基础.     

有限体积法的实体结构疲劳可靠性分析

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法。本文利用改进的分支限界法搜索了结构系统的主要失效模式,采用简化的疲劳可靠性分析方法计算了结构系统的疲劳可靠度。通过算例分析,得到的结构系统疲劳可靠度的计算结果在简单界值法的估算范围内,且随着疲劳载荷循环次数的增加可靠度不断减小。该计算结果的趋势是正确的、符合客观实际的,证明了提出方法的正确性,为结构系统疲劳可靠性分析提供理论基础。     

考虑参数—激励复合随机的渡槽结构非线性地震响应与抗震可靠性分析

地震灾害对渡槽结构的破坏受多种因素的影响和制约,混凝土力学参数的随机性和地震激励的随机性为两种较为重要的影响因素,会对渡槽结构的破坏模式产生显著影响。进行混凝土力学参数和地震激励两种随机性耦合作用下的渡槽结构随机动力响应分析,以某大型渡槽结构为例,提出考虑参数—激励复合随机的渡槽结构抗震可靠性分析方法。基于概率密度演化理论,该方法阐明了渡槽结构在复合随机作用下可靠性分析的基本原理和应用途径。与单一地震随机作用的比较研究发现,复合随机作用下渡槽结构的位移响应明显加剧,且位移响应产生的残余变形和位移的变异性较大;随着阈值的减小,渡槽结构在复合随机作用下的可靠度与单一随机地震作用下的可靠度之间的差距呈不断增大趋势,且渡槽结构在两种工况下的可靠度均不断减小。     

钢管混凝土高墩非线性稳定承载能力可靠度分析

为解决结构分析准确性与消耗机时的矛盾,使非线性可靠度分析方法具有工程应用价值,基于响应面与非线性有限元相结合的方法,运用一致缺陷模态法考虑结构的初始几何缺陷,建立了钢管混凝土结构非线性承载能力可靠度分析模型。利用该模型分析钢管混凝土超高墩的非线性承载能力可靠度指标与敏感性系数。通过参数分析方法,系统研究了长细比,偏心距,径厚比,几何非线性与初始几何缺陷对可靠度指标的影响。可以通过对上述因素的有效控制影响钢管混凝土高墩的可靠性。在此基础上,给出了能够有效提高钢管混凝土高墩承载能力可靠度工程措施建议。     

船体结构疲劳可靠性分析的直接计算方法

针对船体结构疲劳寿命预报的可靠性问题,采用三维势流理论和整船有限元分析的谱分析直接计算方法,得到各短期海况和长期海况的应力参数,给出整个寿命期总的疲劳累积损伤。考虑疲劳分析时涉及的诸多不确定性因素,得出船体结构的疲劳寿命可靠性指标及可靠度,从而给出基于直接计算的船体结构疲劳可靠性分析方法。以高性能三体船疲劳可靠性的算例分析表明,疲劳寿命可靠度随着疲劳寿命的增加而增大,在疲劳问题严重区域较小。     

钢筋混凝土随机有限元在非杆系结构可靠性分析中的应用

将随机有限元与钢筋混凝土非线性特性相结合,讨论了随机有限元在钢筋混凝土非杆系结构可靠性分析的应用中所涉及到的基本理论,钢筋混凝土结构可靠指标的计算方法及其计算公式.同时利用所编制的相应计算软件RCPA,结合工程实例对钢筋混凝土非杆系结构进行了可靠指标的计算,并分析其可靠性,从而为判断结构的尺寸、配筋是否合理提供可靠度依据.     

考虑纵向滑移的组合梁随机有限元可靠度分析

针对钢-混组合梁构造复杂、材料多样、不确定性强的特点,从随机不确定性的角度来研究钢-混组合梁,基于Newmark几何模型,将钢-混组合梁的混凝土板、钢梁以及剪力连接件作为整体单元考虑,通过采用T.L列式增量法,提出并推导了考虑纵向滑移效应的非线性组合梁单元模型。结合直接微分法,对组合梁的结构响应梯度进行了计算分析;并由FORM法计算得到可靠度指标,对钢-混组合梁算例进行了随机有限元可靠度分析。计算结果表明:在实际工程中,并不需要完全刚性连接来保证结构的可靠性;在保证安全方面,考虑几何非线性来计算结构的可靠度是有必要的。     

矩形钢管混凝土框架的非线性有限元分析

基于一榀单跨两层矩形钢管混凝土框架的抗震性能试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立了框架的非线性有限元分析模型,模型中考虑了混凝土反复荷载下的刚度退化.通过与试验结果的对比分析,证明利用该模型进行矩形钢管混凝土框架结构的有限元分析是可行的,能真实反映框架结构各阶段的受力状态和最终的破坏结果,具有较大的实用价值,可利用该模型进行不同类型钢管混凝土框架结构的全过程非线性分析,揭示其组成构件的工作机理和破坏过程,以及构件在受力过程中的应力分布等微观机理,为钢管混凝土结构的推广应用以及合理设计奠定基础.此外,通过有限元分析还可以得知框架结构中梁、柱的受力状况和材料利用状况,为结构的优化设计提供依据.     

在役钢筋混凝土结构承载力寿命分析

在役钢筋混凝土结构使用寿命的终结其原因是多方面的,因结构性能退化导致结构达到承载力极限状态致使结构破坏是实际工程中最为常见的破坏形式.由于结构所处使用环境的随机性和材料性能的不确定性,使得结构使用寿命具有随机性.运用可靠度理论,考虑结构抗力的衰减,采用结构不同安全等级的允许可靠指标作为结构承载力失效标准,建立基于全随机过程的可靠度模型,提出了在役钢筋混凝土结构构件的承载力剩余使用寿命的计算方法,并通过算例验证了该寿命计算方法的工程实用性,阐述了在实际工程中进行寿命计算的具体方法和步骤.     

基于径向基函数神经网络响应面法的装载机动臂疲劳可靠性

采用解析法与有限元软件ANSYS相结合的方法对装载机的工作过程进行计算,根据雨流法建立工作过程中装载机动臂的应力及应变的时间历程,通过局部应力应变分析得到结构的疲劳寿命。运用神经网络响应面来拟合结构的极限状态函数及其偏导数,利用可靠度理论分析了装载机动臂的疲劳寿命可靠性。     

基于神经网络的钢管混凝土拱桥可靠度计算

由于在大型复杂结构可靠度分析时存在的功能函数不能显式表达,因此采用基于神经网络的响应面法来研究大跨度钢管混凝土拱桥结构的可靠度.运用均匀设计方法确定试验样本点,进行确定性有限元分析,通过获得的训练样本进行神经网络训练,确定神经网络的结构和参数,并结合常规的可靠度分析方法在神经网络响应面上进行可靠度分析.计算结果表明,引入了均匀设计方法的神经网络可以很好地模拟复杂结构的真实响应,该方法运用于大跨度钢管混凝土拱桥结构的可靠度分析是可行的,且具有较高的效率和精度.     

随机车流下公路钢桥疲劳可靠度分析

为了建立车载下公路钢桥疲劳应力概率模型,将典型疲劳车辆改进为随机车流模型,提出基于响应面法(RSM)的随机车流下钢桥疲劳应力概率分析方法.建立考虑随机车流参数的疲劳损伤功能函数,分析交通量和车重增长对疲劳可靠度的影响.研究结果表明,基于RSM的有限元模型替代方法可以高效地分析随机车流下钢桥的疲劳应力;车重和交通量的增长对桥梁的疲劳可靠度有较大的影响,在交通量增长系数达到3%或车重增长系数达到0.4%时,某钢箱梁桥在设计基准期内的可靠指标低于目标可靠指标.随机车流模型在桥梁疲劳应力概率分析与可靠度评估中具有较好的适用性.     

岩石边坡模糊随机损伤可靠性研究

目的延拓非确定损伤理论研究以揭示损伤力学蕴涵的复杂机理.方法基于损伤、概率、模糊隶属度在[0,1]区间上协调一致性,提出了模糊随机损伤力学观念;构造解释了3类损伤变量模糊性态及对应模糊映射分布,即降半分布、“秋千”分布和组合“秋千”分布,实现了随机损伤变量模糊化自适应生成与构建;依据扩张原理及随机损伤变量满足β概率分布,对模糊集上随机损伤变量的CDF、PDF积分修正,结合当量正态理论,将三类模糊随机损伤泛函引入本构方程,完成了模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤同步分析.结果分析表明,基于全面统计评价的初始损伤场建立,避免了常规损伤力学分析中试验及模型构造的困难.结论借助可靠度理论所得的模糊随机损伤力学模型,可全面揭示复杂工程对象在损伤模糊演变过程中具有的随机变异本质,实现局部损伤发育与结构宏观可靠度的耦合分析.     

氯盐侵蚀下开裂混凝土耐久性可靠度研究

通过对诱导产生开裂的混凝土进行氯离子渗透试验,提出对带裂缝混凝土在饱和及非饱和状态下的氯离子渗透修正模型。在此基础上,基于引入示性函数的蒙特卡洛法,提出针对混凝土耐久性的模糊可靠度计算方法,并对某工程案例中的带裂缝混凝土结构进行了耐久性可靠度计算,对结构服役时间、裂缝宽度等参数对可靠度的敏感性影响进行了分析。研究表明:在氯离子侵蚀环境状态下,裂缝宽度与结构服役时间的增加都会显著降低结构的可靠度指标。同时对于混凝土给出了它的敏感性分析结果以及耐久性的寿命预测结果,可为相应的实际工程应用中给出参考。     

混凝土剩余抗压疲劳强度衰减模型试验研究

为了研究混凝土剩余抗压疲劳强度衰减的规律,对63个尺寸为150 mm×150 mm×300 mm、强度为C30的混凝土棱柱体试件进行了抗压疲劳剩余强度试验;利用相关系数优化法进行了混凝土抗压疲劳剩余强度和疲劳寿命概率模型的参数拟合,得到混凝土抗压疲劳剩余强度和疲劳寿命的概率模型;引入材料疲劳剩余强度衰减模型,结合概率统计及可靠度理论推导出混凝土受压疲劳的P-R-N曲线。利用推出的P-R-N曲线可以对不同应力水平条件下经过不同疲劳加载次数后混凝土的剩余抗压强度进行预测,并能给出相应的可靠度。     

型钢混凝土梁正截面受弯承载力计算理论的对比分析

文章在介绍型钢混凝土梁正截面受弯承载力的计算理论的基础上,阐述了我国两部型钢混凝土结构设计规程中有关型钢混凝土梁正截面受弯承载力的计算理论,并结合型钢混凝土梁正截面受弯承载力的试验数据和工程实例对两部规程中的型钢混凝土梁正截面受弯承载力的计算方法和计算结果进行了对比分析.基于对比分析结果,提出了工程应用时两部规程的选用原则及其适用范围.在两部规程没有按现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)的要求进行修订之前,基于该统一标准对结构可靠度的要求,提出了现阶段使用两部规程时的具体措施.