基于PDS模块技术的钢筋混凝土拱桥可靠度计算

运用ANSYS中的概率设计模块(PDS)技术,将蒙特卡罗法(MC)和响应面法(RSM)结合起来,针对无法列出极限状态方程的在役钢筋混凝土拱桥建立了有限元模型,并进行了可靠度分析.根据钢筋混凝土拱桥的实测资料,选取对结构可靠度影响大的随机变量作为输入参数,将拱桥的结构响应编写为ANSYS的APDL语言,建立可靠度计算的参数化模型.利用ANSYS中的PDS模块技术拟合结构的响应面方程,对拟合的响应面函数进行2 000次抽样,得到函数的统计参数.然后根据JC法的计算原理,用Matlab编程计算出拱桥上部结构的可靠指标.并根据钢筋混凝土拱桥的结构特点,将主拱圈、拱上立柱和桥面板作为串联体系进行系统可靠性分析,选取构件的最低可靠指标作为整个体系的可靠指标.最后探讨了随机变量对拱桥可靠度的灵敏度影响程度,得到拱圈、拱上立柱和桥面板3个构件中随机变量对功能函数的影响大小.     

沥青路面结构可靠度有限元分析

为找出参数的随机变异性对沥青路面结构可靠度的影响,利用有限元计算软件,采用蒙特卡洛法,通过自编通用程序,研究了以弯沉为控制指标的沥青路面结构可靠度,确定了结构可靠指标对不同参数的敏感程度。为设计和施工时主要控制的参数提供了依据。     

汽车荷载分项系数对桥梁构件可靠度的影响及修正

为了明确汽车荷载分项系数变化对桥梁构件可靠度水平的影响规律,利用校准法对受拉、受弯、大偏心受压(短柱)、轴心受压(短柱)、受剪共5类受力构件,选取0.1,0.25,0.5,1,1.5,2.5六种活恒载效应比,进行了不同汽车荷载分项系数条件下构件的可靠度分析。对于可靠度指标分布不均匀的状况,提出了可靠度修正系数的概念并进行了验证计算,对不同类型构件按照活恒载效应比给出了可靠度修正系数的计算结果。结果表明:汽车荷载分项系数由1.4递增至2.4时,各类构件可靠指标均呈增大趋势;活恒载效应比小于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大0.1~0.3,活恒载效应比大于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大约0.4;活恒载效应比大的构件可靠指标值偏高,且该类构件可靠指标受汽车荷载分项系数的影响也较大;所提出的可靠度修正系数能够调整抗力值以达到目标可靠指标的要求,该系数分布于0.4~1.1之间,各类型构件可靠度修正系数分布规律一致,均随活恒载效应比及汽车荷载分项系数的增大而减小。     

基于全概率法的锚杆挡墙中锚杆设计

针对目前岩土工程领域中可靠度分析研究较多而可靠度设计研究较少特别是全概率设计涉及更少的现状,提出了锚杆挡土墙中锚杆的全概率设计方法。以锚固体与周围土体的黏结强度以及钢筋的极限抗拉强度为抗力,以主动土压力为荷载,分别建立了结构功能函数。将影响土质边坡中锚杆抗拔性能的相关参数视为随机变量,对其变异系数取值范围进行详尽分析并得到了合理的结果。为解决可靠指标计算函数的反函数难以直接获得解析解的问题,引入了原理简单又能快速计算的二分法。提出了基于二分法的锚杆全概率设计流程并编制了计算程序,该程序可直接算出任意目标可靠指标下的锚杆直径与长度等设计参数值。在算例中使用该全概率设计方法与《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)中的定值设计法进行了对比验算,并给出了边坡锚杆按全概率设计的目标可靠指标参考值。结果表明:锚杆锚固段长度的目标可靠指标明显低于钢筋横截面积的目标可靠指标,与土质边坡中锚杆失效大多是由于锚固体与周围土体黏结破坏的实际情况相符合。全概率设计方法可在单一随机变量功能函数的结构设计中直接推广应用。     

基于数值模拟的沥青路面结构可靠度分析

以有限元分析软件ANSYS为工具,进行了沥青路面结构可靠度的分析与计算,讨论了几何建模、网格划分、失效概率的计算、随机输入输出变量的确定、各设计参数的变异性对于沥青路面结构可靠度的影响、设计参数的相关性等问题。并通过基于多层弹性层状体系应力计算程序对可靠度计算方法进行了检验。结果表明:模量的变异比厚度的变异对可靠度影响大,尤其以土基模量的变异性对可靠度影响最大;面层厚度的变异对于可靠度的影响也比较大。输入变量相关程度都比较低。有限元软件ANSYS计算沥青路面结构可靠度有足够的精度,且计算简便,可以作为路面结构可靠度领域的一种新的计算途径。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素,为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律,开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先,通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变,得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后,通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点,基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅,通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上,构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数,基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例,采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算,并进行了参数敏感性分析。结果表明:桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小,但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快,而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢,桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

基于评估荷载发生概率的在役混凝土桥梁可靠度分析方法

针对影响桥梁安全性的因素具有较多不定性的特点,应用随机可靠度理论,对在役混凝土桥梁荷载概率模型、抗力概率模型、可靠度评估流程、可靠度计算方法等方面进行了研究。基于可变荷载在评估基准期内的不同取值方式,提出了基于评估荷载发生概率和基于评估基准期荷载极大值的构件可靠度计算方法。从可靠指标的延续性出发,考虑构件抗力随时间变化,提出在役混凝土桥梁可靠度的预测方法。研究结果表明:两种方法可靠指标预测曲线规律是一致的,后者是前者的特例,且比前者偏于安全;预测初期两种方法可靠指标的计算结果与以往方法较为接近,预测后期两种方法可靠指标下降规律与以往方法基本一致。两种方法均偏于安全,对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

考虑洪水大小随机性的路基抗冲刷可靠度评价

将洪水量作为随机变量,以Rosenbleuth法为可靠度分析方法,评价路基抗冲刷可靠度.为解决定量计算不宜考虑洪水冲刷作用的问题,提出了模糊可靠度方法,将洪水量、路基所处位置、路基边坡防护措施和养护维修情况作为影响路基抗冲刷稳定性的因素,定性评价洪水冲刷作用下路基的可靠度,进一步研究了洪水量变异性对路基抗冲刷可靠度的影响,结果表明:随着洪水量变异系数的增大,路基抗冲刷的平均稳定安全系数稍有增大.在较小变异系数下,可靠指标变化明显;随着变异系数的增加,可靠指标变化逐渐减小.将提出的方法应用到天山公路中,该研究可以为沿河路基设计和水毁可靠度评价提供科学依据.     

基于支持向量机和改进粒子群算法的钢管混凝土拱桥可靠度分析

针对大跨度钢管混凝土拱桥结构可靠度分析过程中功能函数难以显式表达的问题,首先阐述了支持向量机的基本原理,并将其引入到结构可靠度分析中,建立了基于支持向量机的可靠度分析模型,然后利用改进粒子群算法对某钢管混凝土拱桥的吊杆可靠度与拱肋可靠度分别进行了求解,并对其灵敏度进行了分析,研究表明：端部短吊杆的可靠度指标相较于其它吊杆更大,并且越靠近跨中,吊杆的可靠度指标整体越小;随机变量灵敏度对吊杆可靠度指标影响最大的为吊杆弹性模量,其次为吊杆截面面积,钢管弹性模量、混凝土弹性模量、立柱截面面积与主梁截面面积对其影响较小;在拱肋可靠度评估中,拱脚截面的可靠度最小,拱肋1/8截面处的可靠度指标最大,随机变量灵敏度对拱肋可靠度指标影响最大的为拱肋截面面积,其次为钢管弹性模量,立柱截面面积、汽车荷载与主拱抗弯惯性矩等对其均有不同程度的影响。     

洪水作用下受锚土质边坡稳定可靠性分析

为研究洪水对路基高陡土质边坡稳定性的影响，通过现场统计、理论推导和工程试验，构建受锚土质边坡的6种破坏模式，得到洪水作用下受锚土质边坡的失效模式、锚固结构的蠕变模型和时效可靠度解析式。以土体抗剪强度指标为基本随机变量，通过一次二阶矩法，得到考虑时间效应的受锚边坡系统可靠度指标的理论解析式。算例显示:可靠度指标随时间延续具有显著的指数衰减特征，在洪水作用早期时效可靠度指标变化非常明显；随着锚固力增加，时效可靠度指标增加，随着地下水渗透有效应力增加，抗剪强度指标提高，边坡时效可靠度指标增加。     

基于横向分布的简支梁桥结构体系可靠度应用研究

为了能在构件可靠度(失效概率)基础上求出体系的可靠度,寻找构件与系统可靠度之间的关系,提出了一种新的计算分析方法.在已有失效模式的基础上,将体系可靠度的计算分为2个模块,即在最大横向分布影响线基础上对失效系数的计算和在构件可靠度基础上对单梁失效概率的计算.以试验模型为原型,针对梁式桥结构的主要失效模式--主梁的失效,对铰接状况的结构体系失效系数进行了系统的计算,并和常用方法的计算进行了对比.分析表明,本文所提出的通过失效系数来计算主梁结构体系可靠度的方法是可行的,并且通过横向分布影响线计算失效系数,考虑了梁位置的影响,有效的解决横向联系损伤时的体系可靠性.     

冈管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠指标计算方法

钢管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠度计算存在钢管混凝土组合高墩受力分析复杂,连续刚构桥梁失效模式较多,其功能函数不存在显式等问题.采用MIDAS有限元软件对结构进行较准确的模拟和受力分析,然后根据分析结果选取最高墩的稳定性失效和关键截面的拉、压应力失效模式.在MATLAB语言的平台上利用二次序列响应面法将隐式功能函数...     

基于粘结-滑移理论的钢结构转向体系受力特性研究

为解决钢结构转向体系设计中锚栓受力不明确的问题,采用Abaqus/CAE三维建模软件分别对块式和横隔板式2种钢结构类型的体外预应力束转向体系建立了2种转向体系的有限元模型,并为了精确模拟锚栓的粘结-滑移特性,对锚栓节点采用了非线性弹簧本构,基于有限元计算结果分析了2种转向器受力及变形特性。结果表明:1)块式转向体系结构刚度一般,在转向力作用下锚栓受力较大,结构安全系数较低;2)横隔板式转向体系结构刚度较大,在转向力作用下,结构破坏形态是钢结构屈曲,锚栓受力较小,整个结构安全系数极高。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

悬索桥锚碇可更换无粘结预应力锚固系统试验研究

针对我国目前悬索桥锚碇预应力锚固系统存在耐久性差的问题,提出了耐久性好、更加安全可靠的,具有“可检测”、“可更换”特点的新型油脂防腐预应力锚固系统。该系统经过动静载及变形试验,安装、换油、换预应力钢绞线等施工工艺试验,研究成果应用于悬索桥锚碇工程。     

国内大跨径悬索桥锚碇锚固系统比较研究

悬索桥锚碇锚固系统在保证结构整体安全上具有重要控制作用。主要对我国目前大跨径悬索桥锚固系统不同体系作了比较,并对各种体系的耐久性、可靠性及经济性等方面进行了研究,为今后大跨径悬索桥锚固系统体系的采用提供了借鉴。     

劣化可靠度下的隧道衬砌结构预防性养护决策

现阶段中国隧道工程已经由建设阶段转向了建养并重阶段,科学养护已成为一个重要课题.为了提出科学合理的隧道衬砌结构养护策略,首先通过病害统计,考虑隧道特点与功能要求构建三层次的隧道系统失效模式;针对底层的4种失效模式(隧道极限承载、收敛变形、开裂、渗水),建立判断其失效与否的极限状态方程;采用理论近似方法,实现劣化可靠度的...     

筏板基础与地基共同作用体系可靠性分析初探

为对筏板基础与地基共同作用体系可靠性分析进行探讨,建立了共同体系的计算公式。通过算例介绍了可靠性分析的计算过程,据此可进一步分析各种因素对可靠性的影响,为工程设计提供理论依据,也是后续进一步要做的工作。     

FRP拉索锚固体系优化及其静力性能评价

针对大吨位多筋FRP拉索锚固存在应力集中、锚固效率低等问题,提出了一种性能可设计的分段变刚度锚固方法,以同源变刚度为设计理念,开发了一种磨碎玻璃纤维改性树脂荷载传递介质.首先,以常用的石英砂改性树脂为对照组,对比分析了2种改性树脂在不同体积掺量下的压缩性能,并利用数值拟合方法揭示了磨碎玻璃纤维改性树脂的压缩强度和弹性模...