桥梁结构时变可靠度分析计算过程研究

现今桥梁结构可靠度的计算的方法有很多,但是大多数都只是关于桥梁结构时不变可靠度的,所谓的时变可靠度的计算,是针对结构抗力在基准期内是否发生变化的一种称谓。一旦涉及抗力的衰减,桥梁结构的可靠度的计算分析过程就更加复杂起来了,令很多初学者难以理清思路,因此本文介绍了桥梁结构时变可靠度的计算分析过程,以供参考。     

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。     

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。     

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φ(t)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。     

考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度分析

近年来,我国有大批桥梁得以新建。与此同时,日益增加的车辆荷载使得在役桥梁面临着更大的服役风险。在已有研究中,桥梁结构的可靠度评估将车载随机过程看作平稳泊松过程,且假定荷载效应概率模型在评估期内独立同分布。历史数据表明,我国的汽车荷载存在明显的逐年增加的趋势,随时间不再服从同一分布,已有方法也不再适用。为此,该文改进了已有方法,提出了考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度评估新方法。算例表明,改进的方法简便易行,结果准确。已有方法可看作是该文改进方法的特例。随后,利用这一方法研究了结构可靠度对车载随机过程参数的敏感性。结果表明,车载随机过程参数对结构可靠度的影响显著。在20年的评估期内,均值每年增加1.1%或标准差每年增加1.3%,都会造成结构的失效概率增大两倍。     

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-Cop...     

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。     

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.     

抗风结构随机时变动力可靠度分析

本文研究了结构的随机时变特性及其随机时变强度的衰减规律。分析了随机时变对构在随机动力茶载作用下的动力反应，基于时变界限模式及首次超越破准则，提出了抗风结构的随机时变动力可靠度分析方法。     

交通量持续增长下既有拱桥车载效应极值概率

桥梁结构在服役期间受到环境侵蚀和均值增大的相关荷载作用,承载力降低,安全状况不容乐观。为了准确评估服役桥梁在剩余使用寿命内的安全性能,需要考虑结构抗力劣化的非平稳特性以及荷载的时间相关性。该文基于时变可靠度理论,采用Gamma分布描述结构抗力的非平稳劣化过程,并用二维联合分布函数表示相邻荷载的相关性,基于贝叶斯原理,提出了计算公式,并采用蒙特卡洛模拟 (MCS) 对计算结果进行了验证。对四川省某钢筋混凝土简支梁桥的时变可靠度分析结果表明：在单次条件概率分子的二重积分结果大于0.7时,公式计算结果与MCS结果接近,证明了其正确性;Gamma劣化过程的尺度参数越大,荷载的时间相关性越弱,结构失效概率越大;当作用于结构的车辆荷载年均增长率超过2%时,桥梁在30年内失效的概率较大,需要对结构进行定期监测、养护和维修。

     

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。     

在役钢筋混凝土结构基于可靠性的疲劳寿命分析

本文以结构的极限疲劳循环次数作为随机变量,基于可靠性理论提出了在役结构疲劳剩余寿命的预测方法,分析了多种工况下结构在未来服役期内的疲劳可靠性和疲劳剩余寿命。算例表明,通过对在役结构疲劳寿命及可靠性的分析,不仅可以预测在目标可靠度下的疲劳寿命,而且可以根据需要确定合适的交变荷载的频率、服役时间以及相应的疲劳可靠指标,从而为结构的合理利用起指导性作用。     

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。     

预应力混凝土梁桥系统失效树分析

针对预应力混凝土梁桥,采用失效树的方法进行系统可靠性分析。运用全局临界强度分枝-约界准则识别结构系统主要失效模式,以JC法计算各主要失效模式的可靠指标,采用Ditlevsen上下界公式分析结构体系的失效概率。以某汉江公路大桥为例,分析了失效树图形,研究了主要失效模式的可靠指标、失效概率及桥梁结构体系可靠性。与实桥运营状态的对比分析表明,上述理论分析较好地预测了实际的结构行为,能用于桥梁结构安全性及可靠性分析评估。     

再生混凝土梁时变挠度分析与预测

重点考虑收缩和徐变等因素,对再生混凝土梁的时变挠度进行了理论分析。假定收缩和徐变不会相互影响,通过截面时随分析,得到再生混凝土梁时变相对受压区高度表达式。依据现有文献的试验数据,对分析结果准确性进行了验证。结果表明：对于不同的再生粗骨料取代率,时变挠度的计算结果与试验结果相比,大多数误差可控制在19%以内。该文的工作较好揭示了再生混凝土梁时变挠度的演化特点,可以为今后再生混凝土梁的长期挠度预测提供理论基础。     

基于可靠度理论的中小跨径桥梁卡车载重限值研究

卡车载重限值标准直接影响实际汽车荷载水平及其分布特性以及桥梁等基础设施的服役性能。为分析中小跨径桥梁的卡车载重限值问题,该文首先基于可靠度理论建立卡车载重限值分析模型;其次,基于长期记录的WIM（Weigh in Motion）数据分析我国典型公路路段卡车荷载特性并确定需要进行载重限值研究的重载卡车车型,并根据我国当前中小跨径桥梁建设现状选择对卡车载重限值起控制作用的桥梁结构类型;最后,建立结构关键截面抗弯功能函数,选择多层次目标可靠指标,对各类型卡车的载重限值进行反向迭代分析,基于分析结果分别讨论目标可靠指标、区域荷载特性对卡车载重限值的影响,以及现行公路治超标准对中小跨径桥梁车辆限载的适用性。分析结果显示：各类型卡车载重限值随着目标可靠指标的增大有明显线性下降趋势;区域卡车荷载特性的差异对卡车载重限值有着不可忽略的影响;现行国家治超标准对中小跨径桥梁车辆限载具有较好的适用性,但建议各地区根据自身实际情况在国家公路治超标准的基础上进行微调。