基于响应面法的大跨度悬索桥可靠度分析研究

为解决传统响应面法在分析大型复杂结构可靠度时可能遇到的不收敛或者误差较大的问题,通过对迭代步长取值的改进,提出了基于改进响应面的悬索桥结构可靠度分析方法。以某大跨度悬索桥为分析对象,分别采用改进响应面法和基于响应面的蒙特卡罗法分析了扁平钢箱梁的静力可靠度。计算结果表明,采用改进响应面法可以较准确地计算悬索桥在活荷载作用下的静力可靠指标,而基于响应面的蒙特卡罗法计算误差较大。另外,分析结果还表明,悬索桥的可靠指标计算应考虑几何非线性的影响。     

响应面法在结构可靠度分析中的应用研究

响应面法可以应用于大型复杂结构隐式极限状态方程的可靠性分析,然而至今可靠度响应面法的计算精度仍是未完全得以解决的问题.本文分析了响应面法计算结构可靠度的实质,指出了已有可靠度响应面法研究中存在的认识误区,并揭示了可靠度响应面法计算误差的真正原因.在此基础上,提出了改进响应面法用以解决传统响应面法收敛失败和计算误差大的问...     

响应面法用于桁架体系可靠度分析

本文应用响应面法并考虑各种不确定因素对桁架体系的结构可靠度进行了研究。研究表明,响应面法是桁架体系结构可靠度分析的有效方法。     

一种与结构可靠度分析几何法相结合的响应面方法

提出一种迭代格式的响应面方法,以模拟实际工程中常见的功能函数不能明确表达的极限状态曲面.结合结构可靠度分析中的几何法,可直接应用现有的确定性的结构分析程序,对大型结构进行可靠度分析.数值结果表明本文方法具有较好的效率和精度.     

大跨度斜拉桥基于二次响应面法的动力可靠度分析

结合三种方法,构造了一种二次响应面法,通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数,按照结构的破坏准则及其极限状态方程,计算结构随机问题可靠度的组合响应面法。通过对大跨度苏通桥斜拉桥结构可靠性分析的研究得出,苏通大桥考虑承台固结在随机地震荷载作用下,结构有足够的安全度。同时,不同墩位的可靠度指标是不同的。通过分析发现苏通大桥各截面可靠指标相差不大,说明设计非常合理,两种计算动力可靠指标的方法不尽相同但计算结果比较接近,最大差值为5％左右。     

一种与蒙特卡罗法及JC法相结合的响应面法

指出响应面法、蒙特卡罗法以及JC法是结构可靠度分析中常用的方法,通过响应面法与蒙特卡罗法和JC法相结合,提出一种迭代格式的响应面法,进行结构可靠度分析,数值算例表明该方法的正确性和较好的计算效率以及精度。     

改进响应面法及其在结构可靠度分析中的应用

介绍了响应面法的基本思想,并分析了用单面响应面法计算结构可靠度中存在的精度问题,提出了改进的单面响应面法;同时通过算例与其他方法进行了对比分析,结果表明,改进的单面响应面法不仅不会增加计算的数学难度,又能提高计算的精度。     

基于响应面法的弦支穹顶结构可靠性分析

基于响应面法,计算考虑初始缺陷及预应力损失随机性影响的弦支穹顶结构在稳定、挠度及杆件强度三种失效模式下的失效概率。根据计算结果,确定结构的主要失效模式及结构失效概率。最终对响应面法及蒙特卡罗法计算弦支穹顶结构失效概率进行比较。     

响应面法计算结构可靠度的回顾

体系可靠度已经成为可靠度研究的重点,由于其功能函数大都为隐式功能函数,响应面法已成为计算可靠指标的主要方法,响应面法主要分为迭代序列响应面、混合响应面、神经网络响应面、模糊神经网络响应面,就最近几年响应面法的理论发展和工程运用作一总结。     

基于响应面法的地下洞室结构可靠度分析

针对大型复杂地下洞室结构可靠度分析中功能函数不能显式表达的特点，提出了基于三维非线性有限元与响应面法、JC法相结合的可靠度计算方法。以映秀湾水电站地下厂房为例，根据三维非线性有限元对各随机变量分位点值的计算结果，采用D—P准则，构建了映秀湾水电站地下厂房洞室结构的功能函数，推导了响应面函数、应力分量偏导函数、顶拱混凝土各随机变量偏导函数、地下洞室岩体随机变量偏导函数，并应用JC法计算了其结构可靠度指标。结果表明，厂房顶拱β值一般为1．5～4．8，总体水平偏低，且β低值区主要分布在顶拱纵轴线右侧区域，范围较大，为其主要开裂区。经检验，计算成果与实际监测数据一致，精度满足工程要求。该方法计算效率高，实用性强，是大型地下洞室结构及复杂水工结构可靠度分析的良好途径。     

Artificial neural network-based response surface methods for reliability analysis of pre-stressed concrete bridges

Two artificial neural network (ANN)-based response surface methods for reliability analysis of pre-stressed concrete bridges are presented. The first method is the traditional ANN-based response surface method, originally introduced by Papadrakakis et al. in 1996 (Papadrakakis, M., Papadopoulos, V. and Lagaro, N., 1996. Structural reliability analysis of elastic-plastic structures using neural network and Monte carlo simulation. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 136, 145–163), which is applied here to the reliability analysis of pre-stressed concrete bridges. The second method is an improved ANN-based response surface method developed recently by the authors for the reliability analysis of truss structures, in which the key idea is that the uniform design method (UDM) is adopted to select training data for establishing an ANN model, thereby greatly improving the quality of training datasets for establishing an ANN model and dramatically reducing the required number of training datasets. There are two main objectives of the present work. Firstly, an attempt is made to extensively examine the performance of the traditional ANN-based response surface method since no detailed study has been carried out to investigate the effectiveness of this ANN-based response surface method on the basis of the reliability analysis of complicated structures such as pre-stressed concrete bridges. Secondly, the recently developed ANN-based response surface method is extended to the reliability analysis of pre-stressed concrete bridges. A detailed numerical investigation is carried out to compare the performance of the two methods.     

A fast and efficient response surface approach for structural reliability problems

The reliability analysis of large and complex structural requires approximate techniques in order to reduce computational efforts to an acceptable level. Since it is, from an engineering point of view, desirable to make approximative assumptions at the level of the mechanical rather than the probabilistic modeling, simplifications should be carried out in the space of physically meaningful system- or loading variables.Within the context of this paper, a new adaptive interpolation scheme is suggested which enables fast and accurate representation of the system behavior by a response surface (RS). This response surface approach utilizes elementary statistical information on the basic variables (mean values and standard deviations) to increase the efficiency and accuracy. Thus the RS obtained is independent of the type of distribution or correlations among the basic variables which enables sensitivity studies with respect to these parameters without much computational effort.Subsequently, the response surface is utilized in conjunction with advanced Monte Carlo simulation techniques (importance sampling) to obtain the desired reliability estimates.Numerical examples are carried out in order to show the applicability of the suggested approach to structural systems reliability problems. The proposed method is shown to be superior both in efficiency and accuracy to existing approximate methods, i.e., the first order reliability methods.     

大跨径自锚式悬索桥受力分析

介绍主跨跨径为328m的自锚式悬索桥的结构形式和施工方法,并阐述其分析理论。针对主缆索的几何非线性,采用较为精确的分段悬链线法计算其空缆线形、成桥线形及无应力索长。然后,通过不同矢跨比和吊杆间距的比较以及预拱度的设置对自锚式悬索桥的受力特性进行了研究。根据恒载、移动荷载、制动力、支座沉降、风荷载和温度变化组合的7种工况,建立合理的力学模型对大桥进行仿真分析,采用有限位移法计算施工时的鞍座预偏量,主梁预拱度及营运阶段的应力、挠度和侧移。     

斜风下大跨度悬索桥颤振稳定性研究

为确保斜风作用下大跨度悬索桥的抗风稳定性,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,在0°和±3°初始风攻角下,分析了斜风下成桥状态和加劲梁从跨中向两侧桥塔对称架设全过程的颤振稳定性,并揭示了斜风作用和静风效应对成桥和施工状态大跨度悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随着风偏角的增加呈现波动起伏变化特征,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风作用和静风效应不会影响悬索桥施工期颤振稳定性的演变规律,但会显著降低悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性;斜风作用使得成桥和施工状态颤振临界风速的最大降幅平均值分别达到了8.0%和19.6%,而斜风和静风的综合效应则进一步劣化悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,最大降幅平均值分别达到了11.5%和22.4%,因此大跨度悬索桥成桥尤其是施工状态的颤振稳定性分析必须考虑静风和斜风综合效应的不利影响。     

基于响应面法的大跨连续刚构桥长期变形预测

为把大跨连续刚构桥不可接受的变形风险降到最低,考虑结构长期变形的随机性,将响应面方法引入结构的长期变形预测。实验抽样采用中心复合设计法,响应面模型采用不含交叉项的二次多项式形式,将位移表达成各随机变量的显示函数。基于逐步回归的方法对变量的选取进行显著性分析,并采用偏相关系数分析各参数的敏感度。苏通大桥连续刚构桥主跨268m,对其主跨跨中变形采用响应面数值实验方法进行不确定性分析,并对结构的长期变形进行预测,解决确定性分析只能得到变形均值的问题。在回归分析和敏感度分析的基础上,对设计和施工提出相应的建议。     

A new look at the response surface approach for reliability analysis

Closed-form mechanical models to predict the behaviour of complex structural systems often are unavailable. Although reliability analysis of such systems can be carried out by Monte Carlo simulations, the large number of structural analyses required results in prohibitively high computational costs. By using polynomial approximations of actual limit states in the reliability analysis, the number of analyses required can be minimized. Such approximations are referred to as Response Surfaces. This paper briefly describes the response surface methodology and critically evaluates existing approaches for choosing the experimental points at which the structural analyses must be performed. Methods are investigated to incorporate information on probability distributions of random variables in selecting the experimental points and to ensure that the response surface fits the actual limit state in the region of maximum likelihood. A criterion for reduction in the number of experiments after the first iteration is suggested. Two numerical examples show the application of the approach.     

基于可调姿态气动翼板的大跨度#br# 悬索桥颤振主动抑振方法

针对传统被动气动措施难以满足超大跨度悬索桥颤振设防需求的问题,提出一种基于可调姿态气动翼板的颤振主动抑振方法。该方法首先基于Roger颤振自激力时域模型建立主梁 翼板动力系统的状态空间表达,并通过系统重构优化使该表达能更加合理、有效地反应翼板姿态调节机制。此后通过引入基于主梁 翼板系统振幅控制权重的线性二次型指标,建立从桥梁振动状态监测到翼板姿态控制的颤振稳定性实时调节方法。为验证该方法的有效性和鲁棒性,研发针对桥梁节段模型风洞试验的反馈控制系统。研究发现,作用于两侧翼板上的反相气动升力在翼板间距的放大作用下形成的力偶是颤振控制力的主要成分,当迎风侧翼板振动相位滞后于主梁扭转振动约90°、背风侧翼板振动相位超前于主梁扭转振动约90°时有最优抑振效果;调节主梁控制权重至翼板控制权重的2倍时,可以提高颤振临界风速33%。     

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法#br#

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。     

基于高斯过程回归的响应面法及边坡可靠度分析

提出了一种新型高斯过程响应面法(GPRSM),通过高斯过程回归算法构建随机变量与功能函数响应值之间的关系。该方法相较多项式响应面法对于功能函数为高维和高度非线性的可靠度问题,具有更高的精度和计算效率。此方法可以通过新增加训练点以动态更新响应面函数。与此同时,为了模拟岩土参数的空间变异性,通过KL展开构建随机场,并与极限平衡法结合进行边坡稳定性分析。使用提出的GPRSM构建替代模型并用于蒙特卡洛模拟求解边坡失稳概率,在保障计算精度的同时减少了对边坡稳定性分析程序的调用。最后将所提出的方法分别应用于功能函数为显式和隐式两个案例,并与其他论文中的方法对比,证明了该方法的有效性和适用性。