非概率响应面法在结构可靠性中的应用

为了解决极限状态不能明确表达的复杂结构非概率可靠性指标的求解,将传统的响应面法和改进一维优化算法相结合,提出非概率相应面法,并给出了程序化思路.为了验证所提方法的有效性,以一悬臂梁为算例,将非概率相应面法的计算结果与传统响应面法及解析方法的结果进行对比,验证了本文的计算方法精度较高,与解析法计算的结果一致,不需特殊的数学处理,是传统响应面法的扩展,更易接受.     

基于样本累积响应面法的防波堤可靠度分析

针对传统响应面法中每次迭代均在当前验算点附近抽取新的样本构造响应面,而摒弃之前所有样本信息导致计算效率较差的不足,提出了响应面构造的改进方法—样本累积法。采用新样本和本次迭代以前所有的样本一起来构造响应面,从而最大程度地利用已有样本点的信息,避免了可靠度迭代陷入局部极值或往复震荡难以收敛的问题,提高了计算效率。如果仅选择离极限状态曲面较近的样本点参与累积和响应面的构造,可以进一步提高计算效率。通过算例验证了样本累积法的准确性和计算效率。最后采用改进方法分析了某核电工程防波堤的稳定可靠性,结果表明:地震荷载作用下,防波堤有一定的失效概率;当开山石堤身底部有淤泥夹层,结构的失效概率会变得很大,这种情况对核电工程的正常运行是非常不利的,值得工程人员重视。     

响应面方法及其在桥梁体系可靠度分析中的应用

提出将响应面方法和非线性有限元分析结合起来对桥梁上部结构的体系可靠度进行分析的新方法.首先,在试验设计的基础上应用通用的非线性有限元分析程序对桥梁结构进行体系承载力极限分析,然后,利用响应面方法推求桥梁结构体系承载力的响应面,最后利用可靠度分析程序计算桥梁结构的体系可靠度指标和失效概率.通过对一单跨叠合桥梁进行算例分析,证明了所建议方法的有效性.     

基于响应面法的复式钢箱提篮拱地震可靠度分析

地震可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题.基于随机分析的响应面理论和规范反应谱法,提出了一种分析具有随机结构参数的桥梁地震可靠度的方法,研究了复式钢箱提篮拱桥在地震激励下,结构设计基准期内的可靠度.分析时考虑了结构参数和场地土的随机性,分别计算了钢箱提篮拱桥主、副拱肋在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到了主、副拱肋在设计基准期内,按规范"三水准设防标准"条件下的地震可靠度.计算结果表明,该桥设计满足抗震规范要求.     

涡轮叶片模糊响应面可靠性分析方法

为提高涡轮叶片可靠性分析的精度,在考虑输入变量模糊性和极限状态模糊性的基础上,提出了结构可靠性分析的模糊响应面法(fuzzy response surface method,FRSM)。首先,采用等价转换的方法,将带有模糊性的输入变量转换为当量随机变量;然后,基于二次多项式响应面函数,建立结构可靠性分析的模糊响应面数学模型。利用蒙特卡洛法对该模型进行大量的联动抽样,得到叶片应力、径向变形的均值及方差;最后,基于概率积分法计算事件失效概率及模糊随机可靠性指标。分析结果表明,叶片的可靠性指标随模糊系数的增大而减小;与传统基于随机变量的方法相比,该方法对不确定性的描述更为合理,理论上对可靠性的评估更为准确。     

基于层次分析法和德尔菲法的电力企业备品备件候选评价方法

提出了一种基于层次分析法和德尔菲法的电力企业备品备件选择的方法.首先由不同专家分别分析物资重要性的各个影响因素,给出判断矩阵.然后用德尔菲法综合各个专家判断矩阵的差异性,由层次分析法求得各影响因素的权重并进行排序,形成有序的备品备件候选集.试验结果验证了此方法的可行性.     

大跨度桥梁空间脉动风场的数值模拟

目的 传统谐波合成法(WAWS法)计算量大、内存耗费多,为解决这一问题探讨一种高效又不失精度的脉动风场模拟方法.方法 采用BP神经网络来拟合分解谱密度函数曲线,以减少互谱密度谱的Cholesky分解次数;同时运用离散快速FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间,并结合桥梁自身的结构形式及风致响应特点,考虑脉动风场的有关特性,得到一种简化的三维脉动风速场模拟方法.分别采用现有的WAWS法和改进的WAWS法对一结构模型选取多点进行空间多个相关脉动风速的模拟.结果 现有的WAWS法占用内存35.7 MB,耗时134.9 min;改进的WAWS法占用内存4.1 MB,耗时间193 s.改进的WAWS法计算效率明显提高.结论 改进的WAWS法可以高效、准确地模拟出适合大跨度桥梁结构的随机脉动风场.     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

高速铁路简支箱梁桥的概率地震需求模型及易损性分析

基于已建成高速铁路桥结构类型统计数据,以典型预应力混凝土简支箱梁桥为对象进行易损性研究。考虑5个不确定性参数,基于拉丁超立方抽样的反复试验法建立桥梁样本。采用"装箱法"选择地震动记录,与桥梁样本配对后进行非线性时程分析得到结构响应。定义各构件的损伤状态,通过对构件需求能力比进行二次回归建立桥梁各构件的概率地震需求模型,并生成构件易损性曲线,运用二阶单一边界法生成全桥易损性曲线。结果表明：二次回归分析产生的概率需求模型比线性回归方法更可靠;在地震作用下,此类桥梁构件中的墩柱、活动支座较易损伤,二阶单一边界法能较好地评估全桥系统易损性,在应用上二阶单一边界法比一阶上下边界法简洁方便。     

结构可靠度分析中的混合模拟法及应用

针对具有多维随机变量、隐式功能函数特点的复杂结构可靠度分析问题,结合拉丁超立方抽样(LHS)法与均匀设计响应面法,提出基于拉丁抽样均匀设计的混合模拟法.利用LHS法选取灵敏度较高的输入变量继续作为随机变量.通过Matlab语言编写L2-偏差最小的均匀设计表程序,根据生成的均匀设计表选取随机变量的取样点,在构造响应面方程的迭代过程中利用JC法求解结构失效概率.通过2个经典可靠度算例和1个连续刚构桥可靠度算例验证了混合模拟法的适用性.研究结果表明,采用该方法可以精确、高效地求解具有多维随机变量的结构可靠度问题,提高计算效率.     

反应谱离散性对梁桥概率地震需求预计的影响

以一座三跨非规则钢筋混凝土连续梁桥为例,选择2组实际地震波作为输入地面运动,通过IDA分析探讨地震波反应谱的离散度对于梁桥结构概率地震需求预计的影响,得到以下结论：实际地震波的反应谱离散度与桥梁结构概率地震需求预计的离散度密切相关;针对基于概率理论的PBEE和PBSD,合理的选择实际地震波进行动力分析,可以使地震需求的概率分布更加符合实际情况,提高概率地震需求预计、易损性曲线等计算结果的精确性和计算效率。     

基于模糊神经网络的大跨悬索桥安全评估研究

将模糊理论与神经网络技术结合起来,建立用于大跨度悬索桥安全性评估的模糊神经网络.确定大跨度悬索桥的7种评估指标,并通过样本学习对网络进行训练,使网络获取桥梁专家的经验知识和直觉思维.将训练好的网络用于宜昌长江大桥的安全性评估,并与《公路桥涵养护规范》的评估结果相比较.结果表明:采用模糊神经网络对大跨度悬索桥进行评估是一种客观、可行的评估方法.     

一种桥梁实测小样本数据的区间优化方法——灰自助抽样与灰色系统理论相结合

针对农村公路桥梁的非概率可靠性评估中现场实测获得的数据属于小样本、贫信息且概率分布未知而难以精确估计参数变化区间这一问题,提出将灰自助抽样与基于灰色系统理论的区间估计方法相结合对桥梁实测的小样本数据进行区间估计。该方法通过自助法产生多组相似样本后利用灰色预测模型减小其误差,再通过基于灰色系统理论的区间估计方法计算各样本的灰色置信区间,并通过取交集的方式排除随机误差对结果的影响来获得更为精确的置信区间。最后将实测桥梁混凝土强度数据作为小样本数据,计算3种区间估计方法的区间估计结果,结果证明了本文所提方法的合理性及有效性。     

基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度研究

目前桥梁可靠度分析中缺乏对桥梁实际失效模式的分析和资料,使得传统的体系可靠度分析思路对桥梁进行评估带有很大的不确定性,因而本文根据桥梁结构可靠度理论与结构地震易损性的研究现状,并结合传统可靠度分析中的现有观念与常用方法,提出了基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度方法.该方法利用结构易损性分析的优势,根据选定的损伤准则来计算结构不同构件在随机荷载下的失效概率,能够给出结构各个构件的易损性曲线来判定出结构的最不利位置,从而为随后的结构体系可靠度分析提供便利.本文以地震荷载为例,给出了基于结构易损性分析思路的桥梁可靠度分析实例,以便具体地阐述这种思路.     

斜拉桥多指标证据融合的综合评估方法

针对既有公路桥梁评价标准在大跨径桥梁状态评估方面的局限性,开展了斜拉桥的综合评估方法的研究.在现行公路桥梁技术状况评定标准基础上,增加部分斜拉桥特有要素以及长期监测数据,建立了一套新的斜拉桥综合评估指标体系.考虑传统加权计算方式易掩盖子指标之间评分差异大的状况,引入可信度,建立了斜拉桥多指标证据融合的综合评估模型:底层指标的评定标准采用分段线性模式,其基本可信度由隶属度和权重决定,模糊隶属度可由岭型分布函数计算得到;上层指标的可信度由一种改进的Dempster组合规则合成.以江苏省内某大跨径斜拉桥建成10 a后的定期检查内容为例,分别用规范的方法以及改进评估方法对比分析.结果表明,改进评估方法的结论与实际工程中缺陷和维修状况更为接近,评价所属类别更合理,且可信度集合相比单个数值更能综合地表达结构状态.     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.     

改进的梁式公路桥震害评估方法

为了快速准确地评估受地震影响的梁式公路桥的破坏状态,以朱美珍提出的震害经验统计回归方法为基础,选取更为合理的梁式公路桥震害影响因素,基于唐山地震和汶川地震中部分梁式公路桥震害资料,采用最小二乘法回归得到新的震害影响因素系数,建立了一个改进的梁式公路桥震害评估方法.改进后的方法与原方法相比,最大的区别是综合考虑场地类别和地震烈度2个因素,来代替原方法中有关液化和边坡失稳对桥梁的影响.在算例分析中分别采用朱美珍方法和改进的评估方法对汶川地震中部分桥梁进行震害评估,经过与实际震害对比,初步验证了改进方法的准确性.     

铁路桥梁地震震害预测

统计了发生在唐山大地震中的 2 72座铁路桥梁的破坏概率。对唐山大地震和海城地震中 5 6座遭受地震破坏的桥梁按结构构造特征进行了分类 ,分析出各种构造特征对结构易损性的贡献率。描绘出了铁路桥梁在不同烈度地震作用下的破坏概率累积曲线。提出了一种简单的预测铁路桥梁地震震害的方法。