建筑结构相关荷载组合的平稳二项随机过程方法

目前建筑结构设计和分析的荷载组合采用的是经验性的荷载组合规则,荷载组合结果具有较大的随意性,不能计算荷载组合值的保证率。在将随时间变化的荷载随机过程假定为平稳二项随机过程的基础上,研究多个相关或不相关荷载(或荷载效应)组合问题。考虑参与组合的荷载随机变量间的相关性,确定了组合荷载随机过程的参数;根据最大熵原理确定了荷载组合随机过程的任意时段幅值随机变量的概率分布,从而建立了相关随机荷载的组合方法;结合现行规范设计方法,进一步讨论了荷载组合系数的确定;最后采用MonteCarlo试验验证了本文的荷载组合方法,并对常见的几种经验荷载组合规则进行了概率校核。     

基于随机有限元的框架结构可靠度分析

本文运用随机有限元法，进行复杂杆系结构的可靠度分析，用随机场网格表示在空间上随机变化的量，如结构材料，截面尺寸及外部荷载等，实际结构的可度指标分别由强度极限状态和正常使用极限状态计算得到，算例包括一个具有随机刚度的梁和一个具有随机弹性模量的钢框架，两个算例的可靠度分析表明，结构的特性及其载荷的相关性对其可靠度有明显的影响。     

灾害荷载下结构体系失效模式的相关性及可靠度计算

本文通过引入荷载粗糙度指标,根据有关统计参数讨论了灾害荷载的特性,研究了灾害荷载下结构体系失效模式的相关性及可靠度的近似计算方法,得到了以下结论：灾害荷载下结构体系的失效模式近似完全相关,结构体系可靠度由结构的最弱失效模式决定。     

双曲冷却塔结构非线性有限元可靠度分析

本文用基于一次可靠度方法的非线性随机有限元法分析了双曲冷却塔壳体结构的抗风可靠度,考虑了结构的材料性能空间随机性和荷载随机性,以及结构的几何非线性影响,并且对广东茂名９０米高冷却塔作了分析算例。     

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。     

一种高效的结构可靠度近似分析方法

本文简要讨论了结构的可靠度计算的数值模拟方法,如Monte-Carlo法、响应面和两点近似法;结合结构分析的确定性有限元法及可靠度计算的一次二阶矩法,提出了一种结构可靠度分析的近似方法;算例表明,当荷载的不确定性远大于结构的不确定性时,本文提出的方法满足工程精度要求,从而大大简化了结构可靠度分析过程。     

钢管混凝土短柱极限承载力可靠度分析

基于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001),利用一次二阶矩法(JC法)对圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力进行了可靠度校准。结果表明,钢管混凝土构件的可靠指标随着混凝土强度等级的提高而提高,随着钢材强度、含钢率及套箍指标的提高而降低;此外钢材种类、荷载组合以及荷载效应比等也对钢管混凝土构件可靠指标有一定程度的影响。按照建议的分项系数值,能较好的满足《建筑结构可靠度设计统一标准》可靠指标的要求。     

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。     

基于实际运营车辆荷载效应的既有桥梁可靠度研究

基于京珠、粤赣、渝湛三条高速公路车辆荷载动态称重实测数据,采用蒙特卡罗法生成随机车流。将此随机车流加载于虚拟简支梁上,通过自编Matlab程序计算车辆荷载效应,并采用GPD分布拟合车辆荷载效应的尾部分布,结合极值理论、超越概率理论,构建了现实运营车辆荷载条件下剩余服役期内的荷载效应最大值分布函数。根据既有桥梁承载能力现状,分析了现实运营车辆荷载情况下既有桥梁结构的可靠度。得出目前既有桥梁在剩余服役期内可靠度偏低,致其安全性不足的结论。     

基于车辆荷载效应截尾分布的桥梁限载分析方法

根据车辆荷载效应右截尾分布模型, 提出一种基于结构可靠度理论的中、小跨度桥梁限载分析方法。首先以规范规定的车辆荷载效应分布为原始分布, 构造右截尾的车辆荷载效应概率密度函数;然后, 假定抗力、恒载效应及车辆荷载效应为相互独立的随机变量, 建立了考虑车辆荷载效应右截尾分布特征的限载系数反演模型;继而, 通过分析车辆荷载效应均值变化对限载系数的影响规律, 提出了理想抗力桥梁条件限载系数的确定方法, 并讨论了条件限载系数对车辆荷载效应变异系数与分布类型的敏感程度;最后, 根据原桥梁规范受弯构件承载能力设计表达式, 计算了按原规范设计桥梁的条件限载系数。结果表明, 桥梁限载取值仅与设计荷载等级、容许失效概率以及设计采用的活恒载比值有关, 而与车辆荷载效应的统计参数关系不大。所提限载分析方法可为中、小跨径桥梁提供具有一致可靠度水平的限载取值。     

RC beams under blast load: Reliability and sensitivity analysis

The effects of blast loading on structures can be very dangerous: damages and failures are expected with serious threats to structural safety and human life. Materials stresses and strains are often pushed to the limit and the modelling of these phenomena can be very complex. In order to design blast-resistant structures it is very important to determine what are the key parameters of this problem.This paper presents a reliability and parametric analysis of the response of reinforced concrete (RC) beams under blast loads. The main aim is to highlight the key parameters of the problem in order to produce information useful for the design of reliable blast-resistant RC structures.The beam has been idealised as an equivalent SDOF system, in which strain-rate effects are accounted for. This approach is convenient from a computational point of view and it has been validated by a direct comparison with a more sophisticated finite element model and with experimental results found in literature. Then a sensitivity analysis of the parameters involved in beam response under blast load has been developed. Slenderness (which has a direct effect on stiffness) and peak load prove to be the most important parameters, but span length (which has an important influence on the mass) is also a key parameter. Other variables such as concrete strength and reinforcement ratio do not seem to have a strong correlation with the beam response.     

The stochastic finite element method in structural reliability

First-order reliability and finite element methods are used to develop a methodology for reliability analysis of structures with stochastically varying properties and subjected to random loads. Two methods for discretization of random fields are examined and the influence of the correlation length of random property or load fields on the reliability of example structures are investigated. It is found that the correlation length of load fields has significant influence on the reliability against displacement or stress limit states. The correlation length of property fields is significant for displacement limit states, but may not be significant for stress limit states. Examples studied include a fixed ended beam with stochastic rigidity and a plate with stochastic elasticity.     

钢结构构件尺寸效应对结构动力性能的影响

探讨了钢结构构件在竖向动力荷载下的动力稳定性问题，分析了自重、杆的尺寸效应对杆动力稳定性和动力稳定临界荷载的影响，分析表明，杆的尺寸效应和杆长及阻尼力对结构动力稳定临界荷载影响较大，而杆自重影响较小，并提出了在实际工程中减小振动的一些措施，可为结构动力设计与分析提供参考依据.     

Load combination analysis by ‘Directional simulation in the load space’

The reliability of structures subjected to multiple time-varying random loads is considered herein. It is well-known that the reliability of such systems may be evaluated by considering outcrossings of the load process vector out of a safe domain, and the contribution of individual loads to structural failure may be evaluated by considering outcrossings caused by combinations of one or more loads. In this paper the ‘Directional Simulation in the Load Space’ approach to reliability analysis is developed to consider explicitly outcrossings caused by all possible combinations of loads, during analysis of systems comprising stationary continuous Gaussian loads. To do this, the direction of the load process vector is ‘fixed’ at each point of outcrossing (to physically represent the particular combination of loads causing the outcrossing), and, by considering each possible load combination, all loads not causing an outcrossing are then held constant during radial integration (to model correctly that they do not contribute to each outcrossing). A numerical example demonstrating the validity of the proposed formulation is presented.     

一种基于复合材料加筋板结构效率的稳定性优化方法

提出一种以承载效率最高作为目标的新设计方法, 对复合材料加筋板的承载能力进行优化。讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式与加筋板临界失稳载荷的关系。将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为结构承载效率的量化标准, 通过静载荷的控制, 使结构的稳定性向着效率最高的方向优化。以宏观的加筋板压缩与弯曲刚度参数作为设计变量, 构建了一种可用于结构效率优化的代理模型, 避免了局部最优点的出现, 更便于数值寻优。通过有限元分析验证, 优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致, 反映出较高的效率, 从而验证了该方法的可靠性。      

基于可靠指标的稳定安全系数探讨

桥梁结构当第一类稳定安全系数取4时,能否保证结构在更可能出现的第二类失稳发生时的可靠指标达到目标可靠指标值得研究。对单层单跨刚架桥分别进行了第一类和第二类稳定计算,以第一类稳定计算得到的临界荷载,取第一类稳定安全系数为4,采用一次可靠度方法编制程序得出可靠指标。进而采用第一类稳定可靠指标计算时的荷载效应和第二类临界荷载来计算第二类可靠指标。根据可靠指标探讨结构稳定安全系数取值的合理性。在此基础上,对两类稳定临界荷载进行了参数分析,研究临界荷载的变化对可靠指标的影响。结果表明:稳定分析应区分失稳状态,第一类稳定安全系数取4,但当结构发生第二类失稳时,有些情况下不足以保证可靠指标达到目标可靠指标。     

Fatigue reliability study on T‐welded component considering load shedding

In this paper, a coupled reliability method for structural fatigue evaluation considering load shedding is first proposed based on probabilistic fracture mechanics in which the uncertainties of the structural parameters are taken into account. Then, the method is applied to predict the fatigue reliability of the T‐welded structure to the case of considering load shedding or not. The compared results show that by considering the load shedding, the structural fatigue reliability might be improved with less conservativeness. The influence rules of the load‐shedding coefficient on the fatigue failure probability of the T‐welded component are investigated, and some interesting results are obtained. That is, the influences of load‐shedding coefficient on the fatigue failure probability can be divided into three regions, namely the high, medium and low fatigue failure areas. The last area is the most intriguing when we try to design a T‐welded structure. The thickness of T‐welded structure along the crack propagation direction is found to be one of the important design variables for the design of fatigue reliability, in which the low‐fatigue failure zone is used as one of the reliability constraints. The basic design frame of T‐welded structure is established to constrain the fatigue failure probability within the low‐fatigue failure area.     

考虑载荷作用次数的机械零部件可靠性灵敏度分析方法

 为了研究载荷多次作用时,机械零部件的可靠度及可靠性灵敏度变化规律,从灵敏度角度修改零件的设计参数,降低制造成本,建立一种可靠性模型结合了随机摄动法、Edgeworth级数技术,并考虑了载荷的作用次数．摄动法和Edgeworth级数可以在基本随机参数的前4阶矩已知的情况下,研究具有任意分布参数的机械零件的可靠性灵敏度设计问题,顺序统计量理论考虑了载荷作用次数在可靠度和灵敏度计算中的影响．使用这种模型计算出的可靠度会随着载荷作用次数而变化,这与静态的可靠度计算方法存在差别．以某一型号的螺栓为算例,应用此模型计算了其可靠度、随机变量均值和方差的可靠性灵敏度．由提出的方法得到了可靠度和可靠性灵敏度值及其随载荷作用次数变化的曲线．可靠度及可靠性灵敏度随载荷作用次数变化的规律是：载荷作用次数增加,可靠度值降低,变化趋势单调;载荷作用次数达到最大时,可靠度达到最小;随机变量均值和方差的灵敏度随载荷作用次数变化出现不同的变化趋势,其中螺栓截面直径的均值和方差灵敏度随载荷作用次数的变化最大,随作用次数的增加,螺栓截面直径的参数将对螺栓的可靠性起主要的决定作用．