结构时变可靠度计算的全随机过程模型

为了对既有结构的可靠性进行正确评估,必须考虑时间变化的影响,对目前可靠度分析中采用的只考虑荷载随时间变化的半随机过程模型进行改进。基于结构抗力和作用效应相互独立的基本假设,充分依据作用效应和抗力的时变特性,考虑结构抗力为独立增量过程,并计算了抗力的自相关系数,得到了计算结构失效概率的近似算法,建立了结构时变可靠度计算的全随机过程模型。通过实例验证,该方法简单易行,便于工程应用,为基于时变可靠度理论的既有结构评估和寿命预测提供理论依据。     

桥梁结构时变可靠度计算的新方法

为提高桥梁结构时变可靠度的计算效率,该文提出了新的计算方法。该方法基于结构时变可靠度分析的基本理论,利用Taylor级数展开,将可靠度计算从传统的积分运算形式转换为代数运算的形式,从而简化计算过程,提高计算效率。为了考虑桥梁初始承载力和衰减过程的不确定性,该文基于全概率方法,给出了计算劣化结构时变可靠度的显式公式。通过将该文方法应用于某钢筋混凝土桥梁进行时变可靠度分析,并与Monte Carlo模拟方法进行对比,表明了该文方法的准确性和高效性。     

现有混凝土桥梁的时变可靠度分析

在研究现有混凝土桥梁抗力和荷载的时变性的基础上,建立了现有桥梁的时变可靠度计算模型,并采用自适应重要抽样法计算时变可靠指标。同时,对变量进行了参数敏感性分析。研究结果对于科学、经济地制定桥梁维修计划和方案具有重要意义。     

基于贝叶斯更新和逆高斯过程的在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度动态预测方法

在役钢筋混凝土桥梁在服役环境和车辆荷载的耦合作用下,其服役性能随时间不断退化,采用确定性的性能退化模型无法准确描述退化过程中的不确定性和时间变异性。该文采用逆高斯随机过程描述其抗力退化过程,同时采用复合泊松过程描述车辆荷载效应,建立了基于抗力-车辆荷载效应双随机过程的在役钢筋混凝土桥梁构件时变可靠度分析方法。结合检测数据,采用贝叶斯分析和期望最大化算法,对逆高斯过程抗力退化模型参数进行更新,提出了在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度的动态预测方法。以一座钢筋混凝土T梁桥为例,采用其40年服役期的抗力退化数据,分别在四个服役时刻对逆高斯过程抗力退化模型参数进行了更新,演示了提出的可靠度动态预测方法。研究表明:逆高斯随机过程可更合理地描述钢筋混凝土桥梁构件抗力退化过程中的不确定性和时间变异性;融入桥梁服役期间检测的抗力退化信息,采用贝叶斯更新逆高斯过程抗力退化模型参数后,可更准确地预测桥梁未来的可靠度服役状况和估计桥梁的剩余使用寿命。     

既有钢筋混凝土桥梁构件抗力模糊随机时变概率模型研究

构件的抗力概率模型是进行桥梁结构时变可靠性研究的基础之一。既有钢筋混凝土桥梁材料的老化与损伤情况复杂使其抗力同时具有随机性、模糊性和时变性是一个模糊随机过程。在分析影响既有钢筋混凝土桥梁构件抗力不确定性因素的基础上,考虑桥梁在服役过程中的耐久性损伤对构件抗力的影响,在常规方法只能考虑抗力随机时变性基础上,进一步考虑模糊性,结合实测数据和现有资料建立了既有钢筋混凝土桥梁中混凝土强度、钢筋截面积和钢筋强度模糊随机时变模型,进而研究了在不修复情况下桥梁构件抗力模糊时变概率模型,分析了抗力平均值和标准差随时间和阈值变化的规律,并以受弯构件为例给出了具体分析过程和结果。     

考虑关联荷载验证时变抗力的桥梁结构可靠度评估方法

作用于桥梁结构的荷载效应存在时间相关性。基于多维随机变量的Copula随机数矩阵和Monte Carlo数值模拟方法,提出了服从平稳随机过程的关联荷载既有桥梁时变可靠度评估方法。采用服从正态分布的历史荷载信息作为验证荷载,基于相邻荷载效应的Pearson相关系数矩阵分别构造n元Gaussian Copula和t-Copula随机数行向量,讨论了基于线性相关的荷载时间关联性强弱对桥梁时变抗力验证作用的影响。对某钢筋混凝土梁桥进行时变可靠度分析,结果表明:考虑荷载过程的时间关联性会降低其对桥梁抗力的验证作用。相关性越强,验后抗力的均值提升和标准差降低越小,验证作用越不显著;t-Copula函数的验证效果低于Gaussian Copula函数。对在役桥梁而言,已服役历史验证荷载过程的时间离散程度越高,对后继服役期结构的安全性能评估越不利。使用Copula随机数矩阵法,若采用t-Copula函数生成随机数行向量,自由度df的取值建议在1～20之间。     

结构时变动力可靠度的实用计算方法

本文在结构可抗力的时变性进一步明确分类的基础上，从最一般的情况出发，推导了考虑结构抗力时变性，随机性和模糊性的结构动力可靠性的公式，通过对交差事件机理的讨论，提出了时变可靠度的简化计算，并借助泊松过程法的特点，采用新的思路处理界限的模糊性，所得到的公式便于实际应用，同时还给出了地模糊可靠度取值范围的估计。     

钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析

联合线弹性断裂力学和长期监测数据提出了大跨桥梁焊接细节疲劳可靠度评估方法, 并以润扬大桥钢箱梁的焊接细节为对象开展了应用研究。首先, 采用长期监测数据建立了疲劳荷载效应的概率模型;其次, 推导了焊接细节疲劳断裂抗力的表达式, 分析了初始裂纹深度和极限裂纹深度对断裂抗力的影响规律, 采用随机数值模拟的方法得到了断裂抗力的概率模型;最后研究了交通荷载增长条件下焊接细节疲劳可靠度的时变规律。研究表明:断裂抗力服从对数正态分布, 且对初始裂纹深度极为敏感;当考虑交通荷载增长, 桥梁的服役期还未满设计基准期时, 焊接细节的可靠度就将低于目标可靠度水平。     

考虑氯离子侵蚀与混凝土碳化的公路桥梁时变可靠度分析

基于国内外对氯离子侵蚀和混凝土碳化环境下钢筋锈蚀速率的最新研究成果,建立了混凝土构件在氯离子侵蚀下考虑坑蚀和在混凝土碳化下考虑平均锈蚀的弯曲抗力退化模型,用Monte Carlo方法和统计回归法编制了退化钢筋混凝土构件及系统的时变可靠度计算程序。以北京地区一座公路桥为算例,结果表明:在氯离子侵蚀下考虑坑蚀的桥梁承载能力时变可靠度在30年左右即下降到设计目标可靠度,在混凝土碳化下考虑平均锈蚀的桥梁承载能力时变可靠度在50年左右即下降到设计目标可靠度,从而需要补强,这表明考虑主筋锈蚀后我国钢筋混凝土公路桥一般达不到100年设计使用期;对因主筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂而言,构件达到抗裂正常使用极限状态远远早于达到承载能力极限状态,建议将混凝土保护层开裂时间作为桥梁检查/维修参考点。     

在氯侵蚀和混凝土碳化环境下用时变可靠度和预后验决策优化桥梁检修制度

基于作者用Monte Carlo法和回归分析法开发的计算在氯侵蚀和混凝土碳化情况下混凝土梁的抗力退化随机过程的软件,用Bayes公式和桥梁检查结果更新桥梁退化状态,考虑桥梁检修的货币收益或更一般的能反映业主的财政承受能力和风险规避心理的效益函数,用预后验决策分析法给出了桥梁检查的期望效益,并以期望效益最大来优化桥梁检修制度。用北京一座混凝土梁桥为例,考虑恒载随机变量和两个Poisson随机过程活载作用下跨中抗弯承载能力极限状态,以设计基准期内任意时段的时变结构可靠度不低于桥梁设计规范的目标可靠度为条件,对这种桥梁检修制度进行优化。结果表明:用效益函数优化时,业主的财政承受能力和风险规避心理能给出明显不同的桥梁检修制度。     

钢闸门结构时变抗力模型及其可靠度分析

根据现有文献资料,对影响钢闸门结构构件抗力衰减的主要因素钢材锈蚀进行了统计分析,得到了锈蚀规律。在此基础上,进一步分析得到了闸门构件抗力的衰减模型。并以受弯构件为例,对)(tj是确定性函数和随机变量、荷载是时不变和时变情况的可靠度进行了分析计算,从而为现役闸门结构使用年限的预测和维修加固奠定了基础。这些工作目前在国内还是首次。     

考虑抗力退化的在役结构可靠度验证荷载法

本文探讨了在役结构的整个“生命过程”中可靠度的变化过程,提出了目前的在役结构可靠度评估方法中存在的问题,并建议了评估在役结构可靠度的条件概率方法,根据实际情况,建议了考虑抗力退化时在役结构可靠度的验证荷载法,并对一实例进行了计算与分析。     

结构灰色可靠度计算方法研究

本文提出了结构的灰色抗力，灰色荷载和灰色可靠度的概念，并对这些灰概念的白色过程及灰色可靠度的计算分析进行了阐述，示你计算了结果与实际情况十分吻合，说明文中提出了计算结果灰色可靠度的方法是正确的。     

基于耐久性理论和限载政策的某城市桥梁可靠性评估

城市桥梁在户外各种不利环境因素的影响下，结构材料的耐久性能会发生退化，以致出现混凝土强度降低、钢筋锈蚀等耐久性病害，导致桥梁结构的安全性和可靠性逐渐下降。以某典型城市高架桥为例，基于混凝土结构耐久性理论和城市的限载政策，结合现场检测、实地交通调查结果，分析了桥梁结构的时变抗力和荷载效应的变化规律，最后，推算了桥梁控制截面抗弯承载能力可靠性功能函数的失效概率，并对其可靠度进行了评估。该研究方法为各地城市桥梁的可靠性评估、维修养护、交通荷载限载政策等提供借鉴和参考。     

基于动态可靠度和经济优化相结合的服役桥梁维修加固风险决策

服役桥梁的维修加固需要综合考虑安全和经济的问题,基于服役桥梁的动态可靠度,以后续服役期内收益期望值最大或损失期望值最小为目标函数,对服役桥梁的维修加固决策进行了探讨,利用实际检测数据修正抗力模型,对一座服役期为35年的钢筋混凝土梁桥动态可靠度进行了计算,同时,比较分析了汽车荷载等级的提高和采用不同维护加固措施对后续服役期内动态可靠度的影响。该方法结合工程实际,把失效损失与失效风险相结合,对桥梁结构的维修加固决策有一定的指导作用。     

洪涝灾害损伤结构可靠度分析

本文综合考虑了现存结构服役期间所获得的荷载信息对结构后续服役期荷载及结构抗力的修正作用,提出了现存结构服役可靠度的概念及计算模型,并对洪涝灾害损伤结构的服役可靠度进行了分析、计算。得到了一些有益的结论。     

具有非线性功能函数的结构时变可靠度分析

基于任一时段内的结构时变可靠度可通过求解一等效的单个功能函数来获得的认识,提出了一种改进的时变可靠度计算方法。首先以简单的梁柱构件为例,分析了结构功能函数为非线性的原因。接着揭示了满足结构非线性极限状态方程的荷载解可能会存在着两个值的特殊现象。然后通过引入一假想的综合各抗力因素的变量来缩减响应面方程中的变量数目,使得响应面方程能简洁地表达出来。最后应用该思路对一承受全跨永久荷载和半跨可变荷载作用下的混凝土拱结构进行了分析,结果表明极限荷载曲线具有较高的非线性程度,且该方法具有较高的精度。     

考虑时变效应的水电工程运行安全风险分析方法

针对水电工程风险因子的时变特性,用随机过程的方法模拟结构抗力与荷载作用,分析水电工程结构特性与运行方式,综合运用改进层次分析法、时变可靠度理论和风险率阈值,建立水电工程运行安全风险率评估模型。以土石坝工程为算例,详细展示时变风险率评估方法的分析流程。算例表明,工程运行安全风险率与服役时间及设计标准有着密切关系;考虑时变效应,风险率随时间推移而逐渐增大,其与设计标准的交点反映结构技术性使用寿命。应用本文提出的评估模型,预测运行期风险率变化趋势,可为水电工程的安全运行和风险决策提供科学依据。     

预应力混凝土桥梁时变效应分析的钢筋约束影响系数法

系统地提出了预应力混凝土桥梁结构中钢筋对徐变和收缩时变效应的约束影响系数的概念,并给出了影响系数的计算公式,籍此提出了时变效应分析的钢筋约束影响系数法,建立了一套理论公式,可计算时变的钢筋和混凝土应力、应变及梁体竖向变形。不仅适用于静定桥梁结构,亦适用于超静定桥梁结构,可计算时变结构内力重分布。计算式物理意义明确,使用方便;理论分析与试验结果比较表明,公式具有较高的计算精度。     

基于Kriging改进响应面法的桥梁地震动力可靠度研究

鉴于桥梁结构对地震响应的非线性和复杂性等问题,提出了基于Kriging改进响应面法的桥梁结构地震动力可靠度分析方法。首先利用Kriging模型的优越模拟性能,将其作为响应面函数,并采取自适应策略加以改进,而后采取线性过滤器脉冲响应法对地震随机激励荷载进行了离散,并基于首次超越问题的定义建立了动力可靠度极限状态方程,最后对桥梁结构的地震可靠度问题进行了分析。计算分析结果表明:提出的基于Kriging模型的改进响应面法能有效完成桥梁地震动力可靠度的计算分析(包括结构参数随机性对桥梁动力可靠度的影响),且结果具有较高的准确性和高效性。