地震作用下混凝土坝时变动力可靠度的概率密度演化方法研究

随着混凝土坝运行时间增加,坝体材料性能逐渐退化,其抗震能力降低,所以有必要对大坝进行全寿命周期抗震安全评估。本文基于概率密度演化理论提出一种混凝土坝全寿命周期抗震性能概率分析方法。该方法同时考虑坝体材料的随机性和时变性,引入相对位移角作为性能综合评价指标。首先建立服役时间内坝体动力非线性响应极值的概率密度演化方程,然后结合等价极值事件求得初始条件,并运用差分法求解方程,最后在安全域内对求解结果积分给出时变动力可靠度。通过算例验证了本文方法的可行性。结果表明,所建议方法能够获取坝体抗震性能在整个服役寿命的概率演化信息和动力可靠度时变规律,且与蒙特卡洛法对比具有较高的计算精度和计算效率。     

考虑抗力退化的混凝土坝时变可靠性分析方法

混凝土坝服役期间,由于具有随机时变性,结构抗力性能随时间发生不确定性退化,因此有必要从时变可靠度角度评估其运行安全性能。在概率密度演化理论(PDEM)的框架内,提出一种基于PDEM的时变可靠性分析方法(EP-TSR),即利用演化过程建立坝体结构时变响应的概率密度演化方程,引进虚拟随机过程技术再次建立概率密度演化方程并求解得到随机性初始条件,最终得到坝体静态响应的概率密度曲线演化规律和丰富的时变概率统计信息,并将该方法与Monte Carlo方法计算得到的结果进行对比。结果表明,EP-TSR法应用于混凝土坝有效、合理,且具有更高的计算精度和效率。     

基于耐震时程法的重力坝失效概率密度演化分析

混凝土重力坝在强地震动作用下的响应,对结构的安全评价及损伤破坏模式有着深远的影响。采用耐震时程分析(ETA)法生成耐震时程加速度曲线(ETAs),获取Koyna混凝土重力坝在地震作用下的动力响应,得出结构在不同损伤评价指标下的概率密度演化过程及失效概率时程曲线。建立Koyna混凝土重力坝有限元模型,模拟坝体在ETA时程下(对应均匀增加的峰值加速度)的动力响应及损伤过程;采用塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积及基准损伤体积作为损伤评价指标,基于概率密度演化(PDE)理论,建立其概率密度演化模型,利用概率密度演化法计算不同损伤评价指标下的概率密度曲线随ETA时程的演化过程;选取2个典型破坏状态分别作为中等破坏、严重破坏的评价标准,结合概率密度曲线与失效概率的关系,分析并比较不同损伤评价指标、不同评价标准下的失效概率时程曲线,实现了坝体在不同峰值加速度地震动下的失效概率分析评价。对于以往的研究结果,损伤评价指标服从正态分布只是一种假定,并没有详细的依据,从本文的分析结果可以看出:损伤评价指标的概率密度分布结果只是近似于正态分布的形式,用PDE法得到的损伤评价指标的概率分布结果与正态分布的形式有一定的偏差;基于耐震时程加速度曲线下的概率密度演化过程具有较高的计算效率及精度,与正态分布假定相比具有明显的偏峰,更趋近于真实的概率分布;选取塑性耗散能、损伤耗散能作为损伤评价指标可以更保守地表征坝体在不同地震动强度下的失效概率。