大气腐蚀下网架结构症状可靠度及寿命预测

为了确定网架结构因钢材遭受大气腐蚀而引起的结构性能退化,用钢材长期暴露腐蚀试验所得的模型代替实际腐蚀过程,建立以杆件应力为主要症状的结构可靠度方法.在杆件壁厚随时间不断改变的条件下,将控制杆件的应力随时间变化曲线用于拟合Weibull模型曲线,以此生命症状模型对网架结构进行基于症状的可靠度分析和结构剩余寿命预测.考虑实际健康监测所得症状值与理论预测值的差异,对可靠度分析结果进行修正.算例结果表明,在单一损伤所致性能退化条件下,结构可靠度和结构剩余寿命以设计年限为基准,逐年递减.该结论与相关文献的结果一致.     

锈蚀钢筋混凝土偏压构件剩余承载力研究

目的 研究锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件的剩余承载力,为评价结构可靠度提供抗力模型.方法 考虑了受压区混凝土强度的降低、钢筋性能退化等主要因素,基于应力图形和平衡条件对锈蚀大偏心受压构件的结构性能退化和破坏特征进行分析.结果 导出了锈蚀钢筋混凝土构件的剩余承载力计算式.剩余承载力计算值与试验值之比平均值为1.0216.说明计算式具有可靠的精度.结论 受压区混凝土强度降低是影响锈蚀大偏心受压构件剩余承载力的主要因素之一.受压区混凝土的三向受力状态导致锈蚀偏心受压构件存在偏心转化问题.     

钢筋混凝土结构疲劳时变可靠性分析

钢筋混凝土结构在疲劳荷载作用下材料要发生劣化,从而结构抗力降低,可靠度发生改变.笔者应用非线性有限元理论计算出结构"危险部位"钢筋和混凝土材料的疲劳应力,通过材料疲劳过程中强度和刚度的损伤劣化模型计算出结构的剩余抗力,并对其进行时变可靠性评估和剩余疲劳寿命预测.其研究方法适用于复杂结构形式和任意边界条件的钢筋混凝土结构疲劳验算和可靠性评估.     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究

通过对无粘结预应力活性粉末混凝土梁进行等幅疲劳试验研究,得到了RPC应变﹑受拉钢筋应变和无粘结筋应力增量随疲劳循环次数变化的变化值.结合试验结果,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳残余应变演化方程及疲劳变形模量退化方程.基于损伤变量的定义形式及应变等效原理,推导了钢筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型;受拉钢筋及无粘结筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型的不同通过两者的S-N曲线和屈服强度的不同来体现.基于上述模型采用分段线性原理来代替疲劳非线性过程,并利用材料弹性模量的退化来反应材料的疲劳损伤,提出了无粘结预应力RPC梁疲劳全过程正截面疲劳应力计算方法.将计算结果与试验值进行对比,两者吻合较好具有一定精度.     

在役钢筋混凝土结构承载力寿命分析

在役钢筋混凝土结构使用寿命的终结其原因是多方面的,因结构性能退化导致结构达到承载力极限状态致使结构破坏是实际工程中最为常见的破坏形式.由于结构所处使用环境的随机性和材料性能的不确定性,使得结构使用寿命具有随机性.运用可靠度理论,考虑结构抗力的衰减,采用结构不同安全等级的允许可靠指标作为结构承载力失效标准,建立基于全随机过程的可靠度模型,提出了在役钢筋混凝土结构构件的承载力剩余使用寿命的计算方法,并通过算例验证了该寿命计算方法的工程实用性,阐述了在实际工程中进行寿命计算的具体方法和步骤.     

基于雨流计数变程的疲劳可靠性仿真研究

为评估单个构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,基于应力时间历程的雨流计数变程利用应力-强度干涉理论和Dirlik雨流计数变程的概率密度表达式,假设疲劳极限服从正态分布,得出结构具有无限寿命的可靠度.利用Miner损伤累积理论,假设疲劳寿命服从对数正态分布,考虑Dirlik表达式的参数和损伤累积临界失效值的分散性,假设其服从正态分布,使用Monte-Carlo模拟法获得结构有限寿命下的可靠度.结果显示,虽然应力时间历程的最大范围值大于结构的疲劳极限,但是当其大部分应力小于疲劳极限时,结构仍具有较高的无限寿命可靠度;而有限寿命下的可靠度显示,尽管单个应力时间历程下结构具有较高的无限寿命可靠度,但是经过多次循环后其不发生疲劳失效的可靠度将逐渐降低.     

圆形隧洞围岩应力松弛效应解析理论

为了深化效应的理论认识,建立圆隧围岩应力松弛效应理论模型,采用经典应力松弛模型计算围岩三维应力场,探讨应力松弛模型及其流变参数的敏感性.结果表明:采用Burgers模型与西原模型均能充分反映围岩应力松弛效应,围岩三向应力均随时间推移而迅速降低直至稳定于某一平衡状态;在应力松弛初期,环向应力下降的速度明显大于轴向应力与径向应力;围岩三向应力收敛值均随Burgers模型Kelvin体切向模量的增大而增大,Kelvin体黏滞系数的影响贯穿于应力松弛全过程;西原模型Kelvin体黏滞系数影响下围岩应力收敛值一致,应力松弛过程呈现非线性非完全衰减特征,应力松弛时间尺度随着Kelvin体剪切模量增大而增大,显著区别于Burgers模型下围岩应力松弛规律.     

高温下钢筋混凝土梁的时变可靠性分析

混凝土结构在高温作用下,结构的力学性能会发生较大劣化.结构性能的劣化使得结构的实际可靠度比设计可靠度低.考虑了高温下塑性区混凝土对结构抗力的贡献,提出了一种简便可行的钢筋混凝土构件抗力随受火时间变化的模型及火灾作用下可靠性指标的分析方法.采用一次二阶矩方法计算了可靠度指标,以评估在ISO834标准升温曲线作用下混凝土结...     

基于可靠度理论的腐朽木梁剩余寿命评估

基于木构件腐朽深度的经验公式及自然环境下腐朽构件抗弯强度的退化模型,假定腐朽深度及初始抗弯强度服从正态分布,建立了腐朽木梁的随机时变抗力模型;提出了基于可靠度理论的历史建筑的腐朽木梁的剩余寿命评估方法,最后通过对某历史建筑的腐朽木梁的评估验证了该方法的可行性。     

基于隐马尔科夫模型的变压器剩余寿命分析

针对电力变压器故障引起的被迫停机状况,推进符合运维需求的视情维修机制,利用隐马尔科夫模型对变压器剩余寿命进行了研究.收集系统相关运行状态和工况数据,利用退化信息及历史寿命数据基于隐马尔科夫模型对系统进行退化状态评价,得出状态转移矩阵以及观测概率矩阵.利用故障比率模型进行可靠度分析,得出变压器剩余寿命概率分布.结果表明,本文方法能大概率准确预测变压器剩余寿命.     

1860级低松弛钢绞线高温下力学性能

对4根抗拉强度标准值fptk为1860 N/mm2的φs15.2低松弛预应力钢绞线中丝进行了高温下力学性能试验.据试验结果,同时对比已有预应力钢丝高温性能研究成果,得到了高温下该种钢绞线中丝极限强度、弹性模量、比例极限、条件屈服强度的计算公式和蠕变计算公式,可用于预应力结构抗火性能研究.     

混凝土构件粘钢加固粘接应力及锚固长度

本文用试验及有限元计算方法,获得了钢筋混凝土构件与被粘钢板接触面上的粘接应力分布规律。以此规律为基础,拟合成了用数学方程表达的粘接应力分布形态公式。应用弹性力学的基本方程,推导出了粘接应力波及的范围与钢板中应力的关系。建立了混凝土构件拔拉受力锚固长度的计算公式和弯曲受力锚固长度的判别公式。     

我国钢桥可靠度设计中抗力分项系数的建议值

概率极限状态设计表达式中的抗力分项系数反映了结构抗力的主要影响因素的变异性,其取值合理与否直接关系到结构可靠度设计的精确性。由于我国现行公路钢桥设计规范已经过时,新的规范中采用概率极限状态设计方法势在必行。故本文在对现行规范下公路钢桥结构五种基本受力构件的可靠指标校准的基础上,优化计算了各类构件的抗力分项系数,并将结果与国内外相关规范的取值进行了比较和分析,给出了建议取值。     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分.针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题.以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围.揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象.接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平.最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律.结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低.这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释.     

既有水工钢闸门构件剩余寿命估算方法研究

由于工作环境的特殊性,水工钢闸门经多年运行后,其组成构件都不同程度地存在着锈蚀现象.这不仅导致结构件强度降低,而且直接影响结构的安全运行.基于此,文章将锈蚀量作为影响闸门寿命的主要变量,对不同程度锈蚀状况下,钢闸门构件剩余寿命估算方法及其可靠性分析进行了研究.指出闸门设计时,为了确保闸门的使用寿命,增加(2~4)毫米的面板锈蚀裕度是完全必要的.     

Fatigue damage reliability analysis for Nanjing Yangtze river bridge using structural health monitoring data

To evaluate the fatigue damage reliability of critical members of the Nanjing Yangtze river bridge, according to the stress-number curve and Miner＇s rule, the corresponding expressions for calculating the structural fatigue damage reliability were derived. Fatigue damage reliability analysis of some critical members of the Nanjing Yangtze river bridge was carried out by using the strain-time histories measured by the structural health monitoring system of the bridge. The corresponding stress spectra were obtained by the real-time rain-flow counting method. Results of fatigue damage were calculated respectively by the reliability method at different reliability and compared with Miner＇s rule. The results show that the fatigue damage of critical members of the Nanjing Yangtze river bridge is very small due to its low live-load stress level.     

Level excursion analysis of probabilistic quasibrittle fracture

It has widely been acknowledged that no structures can be designed to be risk free, and therefore reliability analysis plays an essential role in the design of engineering structures. The recent focus has been placed on structures made of brittle heterogenous(a.k.a. quasibrittle) materials, such as ceramics, composites, concrete, rock, cold asphalt mixture, and many more at the microscale. This paper presents a level excursion model for the analysis of probabilistic failure of quasibrittle structures, in which the failure statistics is calculated as a first passage probability. The model captures both the spatial randomness of local material resistance and the random stress field induced by microstructures(e.g. randomly distributed flaws). The model represents a generalization of the classical weakest-link model at the continuum limit and it recovers the classical Weibull distribution as an asymptotic distribution function. The paper discusses two applications of the model. The model is first applied to the strength distribution of polycrystalline silicon(poly-Si) MEMS specimens. It is shown that the model agrees well with the experimentally measured strength distributions of poly-Si MEMS specimens of different sizes. The model predicts a complete size effect curve of the mean structural strength transitioning from a vanishing size effect at the small-size limit to the classical Weibull size effect at the large-size limit. The second application is concerned with the left tail of strength distribution of quasibrittle structures.By taking into account both random stress and strength fields, the model is used to investigate the origin of the power-law tail distribution of structural strength.     

受力状态下混凝土材料劣化模型与可靠性分析

通过分析试验数据,修正和改进了现有混凝土碳化深度预测模型中的应力影响系数和水灰比影响系数,并给出了基于可靠性分析的混凝土结构材料劣化寿命准则。分析表明：拉、压应力状态下,混凝土碳化速率分别得到促进和抑制,特别是随着拉应力水平的增加,碳化速率越来越快;通过可靠性分析可得,混凝土材料劣化概率与可靠度存在一一对应的关系,同时混凝土保护层厚度和应力水平对混凝土结构的寿命影响显著,在具有相同可靠度保障时,随着拉应力水平的提高或保护层厚度的减小,混凝土材料的劣化时间将缩短。     

威布尔分布下不同定时截尾数据的可靠度的置信下限

目的本文主要研究在威布尔分布下不同定时截尾数据的可靠度的置信下限。方法利用鞍点逼近及威布尔分布与指数分布的转换关系。结果给出参数估计的概率分布的近似公式,并进一步求出在威布尔分布下可靠度的近似置信下限。结论简化了在威布尔分布下计算置信下限的复杂性,使得在双参数下不同定时截尾在实际中的应用成为一种可能。