厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构可靠度分析

应用荷载结构法,对厦门海底隧道衬砌结构的可靠性进行计算分析。首先应用拉丁超立方抽样法（LHS）随机抽样得到一组随机数,然后代入有限元方程求解,得到一组响应变量的解,最后将这组解进行统计分析,从而得到该响应变量的分布特征。通过对各随机变量的灵敏度分析,结构的覆土厚度、外水头高度、围岩的弹性抗力系数、衬砌混凝土的弹性模量以及围岩的侧向压力系数的变化对最大弯矩影响明显。其中,最大弯矩受结构的覆土厚度影响最大,其次是外水头高度。采用蒙特卡洛法对海底隧道衬砌结构进行可靠度分析,结果表明翔安海底隧道的衬砌结构安全可靠。     

基于二次响应面的震区边坡稳定性可靠度分析

本文在考虑边坡岩体参数非确定的基础上,基于二次响应面的边坡稳定可靠度分析方法,采用快速拉格朗日方法建立了震区岩质边坡稳定性可靠指标计算模型。结合湖南省对口支援四川理县灾后重建项目——理县至小金公路（理县段）路堑边坡,开展了震区边坡稳定性可靠度分析,计算结果表明：二次响应面计算次数远远少于传统蒙特卡洛方法,计算结果满足精度要求;通过对依托工程边坡动力数值模拟的可靠度分析表明,采用二次响应面法计算的可靠度指标Pf=6.861%,采用传统蒙特卡洛方法计算的可靠度指标Pf=5.117×10-2,计算精度较好;最大剪应变增量出现在坡体表面坡腰处,故选择该坡腰处作为边坡安全的控制点,其可靠度最小值为3.1左右,时间出现在16.5 s,可靠度满足设计要求,表明该处边坡整体稳定性较好。     

基于支持向量机的高墩大跨桥梁体系可靠度计算

为解决高墩大跨桥梁结构体系可靠度求解过程中失效模式复杂、极限状态方程无法显式表达等问题,提出一种基于支持向量机(SVM)分类技术的体系可靠度计算方法.该方法采用拉丁超立方抽样法产生样本库,通过重复筛选构造一个精确的SVM分类器函数(而不是构造功能函数本身的响应面函数),然后采用蒙特卡罗法进行数值模拟计算体系失效概率.以济邵高速公路逢石河特大桥为例验证了采用该方法计算高墩大跨桥梁体系可靠度的实用性,计算结果表明该桥体系可靠度满足设计要求.     

结构可靠度分析的混合法

介绍一种新的计算结构可靠度方法———混合分析法。该方法利用响应面法将极限状态方程近似表达为简单的多项式形式,有效地解决了FORM和SORM无法求解隐式极限状态方程的可靠度问题。另外,响应面法的使用还能有效地利用现有的确定性分析软件。通过引入有限元方法,混合分析法可适用于结构可靠度问题。通过使用重要抽样技术,提高了混合分析法的计算效率和计算精度。数值算例验证了混合分析法的应用、效率和精度。     

沥青路面结构可靠度及优化方法研究

在进行沥青路面结构可靠度分析中,存在可靠度敏感性、设计变量相关性分析复杂和常用计算方法(蒙特卡罗法)模拟次数多的缺点,特别是在基于可靠度的优化分析中。采用有限元软件ANSYS完成敏感性和相关性分析以给可靠度计算提供依据,二次多项式序列响应面法计算沥青路面结构的可靠度,并结合遗传算法进行可靠度优化计算,计算结果表明了有限元法、响应面法和遗传算法在沥青路面结构可靠度优化分析方面的适用性和优越性。     

基于上限分析与随机响应面法的盾构隧道掌子面可靠度研究

为更全面准确评估孔隙水压力作用下盾构隧道掌子面的稳定性，提出一种基于极限分析原理的双对数螺旋线破坏机构为确定性模型，结合随机响应面原理的可靠度分析方法。该方法以孔隙水压力系数表示地下水引起的孔隙压力变化，通过上限分析得到隧道掌子面的安全系数； 运用拉丁超立方技术对安全系数进行抽样，建立基于Hermite多项式展开的近似极限状态方程，在验证响应面有效性的基础上，进一步采用蒙特卡洛模拟法获取隧道掌子面失效概率特征。利用该方法分析了土体参数变异性、地下水位以及支护力对掌子面失效概率的影响，并将其应用于湘江隧道掌子面的可靠性研究中。结果表明： 该方法可以有效地评估隧道掌子面的可靠性，并可为隧道掌子面支护力的选取提供理论参考。     

斜拉桥不确定性参数随机分析研究

为了研究复杂结构体系中不确定性结构参数对其静动力特性的影响,采用多元步进响应面的Monte Carlo法,即将数理统计中的多元步进回归技术引入响应面拟合中,选择出若干个对因变量影响较大的随机变量参与响应面拟合,从而建立一个较为理想和稳定的回归方程,提高响应面的精度,并基于拟合响应面采用拉丁超立方抽样法生成MonteCarlo样本,实现复杂结构体系响应参数的随机分析。采用该方法对润扬大桥北汊斜拉桥静动力特性进行了敏感性因素分析。计算分析表明,斜拉桥主梁质量密度的随机性对其静动力特性最为敏感,同时斜拉索和主梁结构参数的随机性对斜拉桥低阶模态的敏感性较强。所做工作能为斜拉桥结构受力分析提供参考,同时为复杂结构体系不确定性参数的随机分析提供相应的思路。     

桩板结构路基沉降影响因素的有限元分析

对无碴轨道桩板结构路基的沉降进行了三维有限元分析，采用ANSYS有限元软件，基于弹塑性本构关系，用面-面接触单元来考虑桩土间的接触问题，分析了桩板结构路基沉降的影响因素及其变化规律，指明影响路基沉降的重要参数，为今后桩板结构路基的沉降计算及数值模拟提供参考。     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

大跨度斜拉桥主塔可靠度分析

一次可靠度方法(FORM)是目前最常用和高效的可靠度分析方法,其分析过程需计算结构响应的梯度。有限元可靠度方法通过直接微分的方法(Direct DifferentiationMethod,简称DDM)以获得结构的响应梯度,是一种精确、高效的可靠度分析方法,对大型复杂结构的可靠度分析具有优势。为进一步提高FORM分析的精度,可通过二次可靠度方法(SORM)或重要抽样法(ISM)来提高计算的精度。对某大跨度斜拉桥的主塔的静力可靠度和敏感性的分析结果表明,该桥的主塔是足够安全的;主塔可靠度指标β对主塔的抗弯承载能力的均值和标准差最敏感。     

基于ABAQUS的公路软基沉降预测非概率可靠度研究

高速公路软基沉降是影响路基稳定的重要因素,合理预测路基沉降对于保障路基安全具有重要意义。ABAQUS有限元软件能够处理非常复杂的问题和模拟高度非线性问题,在预测软基沉降方面有很好的应用前景,但鉴于土体参数的变异系数远比一般人工材料大,现行的勘察手段对土体存在较大的扰动,致使勘察数据不能真实反映土体性质,从而很难精确计算和预测软基沉降。在应用ABAQUS有限元软件预测软基沉降的基础上,引入非概率可靠度理论对预测结构进行可靠度分析,从而对预测结果的可信度进行评价。     

基于Kriging算法的隧道衬砌稳定可靠度分析

根据以往的变形压力理论增加了塑性-分离阶段,由此提出了围岩变形压力发展过程的4个阶段,并在上述理论基础上建立了隧道衬砌结构稳定的功能函数,指出了该功能函数的隐式特征在求解可靠度时的困难.利用Kriging算法中变异函数对随机变量特征的表达能力和Kriging算法的插值技术,结合拉丁超立方试验设计抽样方法,推导出了隧道围岩最小支护阻力的变异函数建立方法以及隧道衬砌结构稳定功能函数的插值方法,并给出了建立变异函数和实现隐式函数插值的具体操作流程,从而解决了当隧道衬砌结构稳定功能函数为隐式函数时无法直接求解其可靠度的问题.将此算法分析结果与Monte-Carlo算法精确解相比较,其迭代次数大大减少,而失效概率的绝对误差仅为0.0049%,相对误差为2.523 8%,表明Kriging算法不仅计算效率高,并且能够满足计算结果的精度要求.     

考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析

在地震多发地区,设计和施工都需要考虑地震力作用对边坡稳定性的影响。针对地震力作用下的台阶式边坡稳定性问题,结合极限分析方法和随机响应面法,建立了一种计算效率较高的边坡可靠度分析方法。首先,利用拟静力法将地震力效应转换为作用在边坡水平方向上的荷载,同时将地震力系数和土体特性均视为随机量;然后基于上限法原理和强度折减法,推导得到考虑了地震力效应的台阶式边坡稳定功能函数;由于该方程表达式是一个隐式函数,因此,利用随机响应面法得到原功能函数的近似显式表达式;最后,通过蒙特卡洛法模拟近似的显式函数,最终计算得到边坡的失效概率。通过工程实例的对比分析表明,该方法的精度与传统的蒙特卡洛方法相当,但是计算过程相对简易高效,可以有效地应用于考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析。     

矢量-角度几何映射的方向重要抽样分布函数近似化方法及多失效模式可靠性分析

方向重要抽样法是一种结构可靠度模拟方法，适合评估非线性、多维度的复杂结构可靠性问题。然而对于多维度问题，利用接受/拒绝方法获得重要矢量样本，效率较低且可执行性差。因此，需要改进或重新构造易于抽样的分布函数。通过概述现有的分布函数，利用插值方法近似构造基于矢量-角度几何映射的分布函数，利用一维拉丁超立方方法对重要角度均匀抽样，再映射到重要矢量样本，得到的矢量样本具有分层均匀性，避免了聚集现象，同时覆盖整个样本空间。该方法有效应用于多设计点和多失效模式的可靠性问题分析中，进一步制定了样本分配方案。通过非线性数值算例和车身结构工程问题验证了该方法的适用性和准确性。     

基于SVM的刚构桥施工期标高控制可靠度研究

为求解PC刚构桥不同施工阶段的标高控制时变可靠度,以云南省怒江州兑房河特大桥为背景进行研究。选取混凝土容重和弹性模量、预应力钢绞线张拉控制应力和弹性模量4种随机因素,利用拉丁超立方抽样法产生随机样本;代入桥梁有限元模型,计算各组样本对应的目标变量;采用遗传算法寻找最优参数,建立该桥各施工阶段的标高控制SVM模型;结合蒙特卡洛法,求解施工期标高控制时变可靠度,并利用正交试验对可靠度灵敏度进行分析。结果表明:PC刚构桥施工期标高控制可靠度指标随悬臂自由端挠度偏差容许值的增大而增大;当结构分别处于短悬臂、中悬臂、最大悬臂阶段时,建议悬臂自由端挠度偏差最大容许值分别取4,10,20mm;影响因素对PC刚构桥施工期标高控制可靠度的影响由大至小依次为混凝土容重、预应力钢绞线张拉控制应力、混凝土弹性模量、预应力钢绞线弹性模量。     

隧道可靠度随机有限元分析

对新奥法修建隧道的可靠度计算,本文提出隧道可靠度的随机有限元分析方法:采用连续介质模型,通过隧道监测资料,随机反分析围岩参数,然后通过响应面分析衬砌内力,最后计算隧道可靠度。     

基于三维有限元的沥青混凝土路面结构可靠性分析

通过有限元中的可靠性分析工具,利用蒙特卡罗的拉丁超立方法抽样方法,将影响路面可靠性的因素视为输入随机变量,将路表弯沉、各层层底拉应力和极限状态函数作为输出变量,对典型沥青混凝土路面结构进行了可靠性分析。计算了路面结构的可靠度,对设计参数进行了敏感性分析,为有针对性地提高路面结构可靠度提供了决策依据。     

弹性地基沉降数值分析的一种方法

采用局部平均离散法对土性参数三维随机场进行探讨,并对三维地基提出了随机有限元与无限元耦合模型,利用摄动随机有限元法对相关变量进行二阶摄动,导出了相应地基沉降的列式方程与岩土工程数值分析的期望与方差。基于摄动随机有限元-无限元模型,对地基沉降进行了数值计算和可靠度分析。实例计算表明,方法可行,精度较高。     

大跨径Y形钢箱肋拱桥地震风险评估

为解决现有桥梁地震失效概率计算方法耗时长、计算复杂的问题，提出了一种联合响应面法(RSM)和蒙特卡洛法(MCM)的评估方法，并以此对泾河大桥的地震风险进行了评估。首先通过Midas Civil建立有限元模型，计算桥梁在不同程度地震有效峰值加速度作用下的地震响应，以副拱中部位移为响应值，利用响应面法构建地震有效峰值加速度与位移值的响应模型，求解完成后检验响应模型的精度，最后根据蒙特卡洛原理建立风险极限状态方程，计算得到桥梁在地震作用下的失效概率。研究结果表明，Y形钢箱肋拱桥的地震风险概率为1.81%,桥梁比较安全；RSM的拟合效果较好，能够准确求出影响因子与计算目标的关系；联合响应面法和蒙特卡洛法能够快速、准确地对桥梁地震风险进行评估。     

钢绞线张拉后48 h内锚下预应力随时间衰减效应研究

为了揭示后张法PC梁张拉后、压浆前48 h内预应力损失变化规律,通过现场试验和数值模拟相结合的方法,对张拉施工后48 h内20 m预应力混凝土梁的锚下有效预应力变化开展研究,建立了时间效应影响下16束预应力钢束的预应力损失率数学拟合模型;考虑实际工程中的6种随机因素影响,通过采用拉丁超立方抽样的方式,建立了21组随机有限元模型;对比分析有限元模型与试验测试拟合值。研究结果表明:实际测试的预应力损失率呈对数函数形式增长;实际测试中的预应力损失比数值模拟理论计算值大。