随机有限元法在隧道结构可靠性分析中的应用

利用基于神经网络的随机有限元方法对某高速公路隧道衬砌结构可靠性进行分析,总结了衬砌结构可靠度指标的分布规律,得出了衬砌结构容易发生破坏的部位和条件。按照抗压条件计算,最大可靠度位于隧道的顶部,最小可靠度位于隧道的侧壁,说明衬砌结构侧部受压破坏的可能性较大;按照衬砌结构的抗裂条件计算,最大可靠度位于隧道两侧,隧道顶部的可靠度较小,说明隧道从项部开裂的可能性比侧壁大。     

锚喷支护隧道围岩稳定可靠度分析

针对基于"安全系数"的确定性设计方法在锚喷支护隧道中的局限性,运用基于改进的蒙特卡罗法的可靠度分析方法对锚喷支护隧道稳定性进行分析;在分析锚喷支护隧道单一破坏模式可靠性的基础上,建立了合理的系统可靠度计算模型,并运用该模型对工程实例进行计算.该计算方法可用于锚喷隧道支护设计及参数优化,在矿山工程或隧道工程支护设计中具有很强的现实意义.     

金华山软岩铁路隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度分析

以赣州—龙岩铁路金华山软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构为研究对象［1,2］,由于湿喷纤维混凝土支护结构物理、力学参数和喷层厚度的离散性及混凝土强度破坏准则难以用支护材料参数显式表达,对该类隧道支护结构进行可靠度分析十分困难。采用响应面法计算湿喷纤维混凝土支护结构的可靠度方法,并给出了计算流程;其中围岩-支护结构的确定性分析采用非线性有限元法,可靠度分析采用二次响应面法。分析结果表明:金华山隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度指标高,处于安全状态。     

长大公路隧道运营安全管理体系失效分析研究

在公路隧道运营安全管理体系特征分析的基础上,将失效概率分析与可靠度理论引入长大公路隧道运营安全管理体系的分析中,提出了综合评判等级的概念,认为运营安全状况评价等级和运营安全管理体系失效概率(或可靠度)共同决定着长大公路隧道运营安全综合评判等级的状况,并阐释了运营安全管理体系失效概率和可靠度含义,构建了失效分析模型,并给出了失效概率和可靠度计算方法。最后,针对长大公路隧道运营安全管理体系,提出了可靠度控制标准和综合评判等级划分标准,并给出了实例分析。     

公路隧道衬砌结构可靠度分析研究

该文简述了用蒙特卡罗随机有限元对隧道衬砌结构进行分析的基本方法和过程，然后对雪峰山隧道模注混凝土衬砌的可靠度作了初步评估。     

乌鞘岭公路隧道破碎岩体段结构可靠性评价

以乌鞘岭公路隧道破碎岩体段为研究对象,基于随机有限元的结构可靠性理论,统计计算试验所得各个随机变量的数字特征及分布类型;建立极限状态方程后,对乌鞘岭隧道破碎岩体段建立随机有限元模型进行结构可靠性计算.结果表明:随机变量直方图拟合曲线均比较光滑,而且抽样数据各个子序列均有数据且无间隙,表明所进行的随机抽样样本量充分;在此基础上,计算此段隧道的初期支护和二次衬砌各个最大应力及锚杆最大轴力的直方图和概率分布曲线,得到的可靠度及失效概率结果说明初期支护和锚杆最大轴力可靠性偏小,而二次衬砌的可靠性较大,本段隧道整体处于安全状态;隧道结构可靠性灵敏度分析得到:不同随机变量对隧道结构不同应力有着不同影响程度,且喷射混凝土厚度对隧道结构内力影响最为显著.     

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。     

公路隧道概率极限状态设计方法

随着结构设计方法的发展,将可靠度理论应用于公路隧道工程设计是当今的发展趋势.介绍了可靠度理论在隧道工程中的现状,指出公路隧道可靠度研究中关于不同跨度的荷载、围岩抗力系数等的统计特征的研究较少,使得公路隧道概率极限状态设计存在困难.鉴于此,重点分析了公路隧道可靠度分析方法,提出了实现公路隧道概率极限状态设计的思路.探讨了...     

基于支持向量回归的桥梁抗震动力可靠度计算

为了满足桥梁结构基于性能的抗震设计需求,提高桥梁抗震动力可靠度分析计算效率,提出一种基于支持向量回归(SVR)的桥梁抗震动力可靠度分析计算方法。该方法综合考虑了结构参数随机性和地震动激励随机性的影响。在ANSYS有限元分析软件中建立桥梁有限元数值分析模型,进行随机振动分析计算以确定结构在随机地震动激励作用下的响应功率谱;进而通过首次超越破坏准则得到桥梁结构在地震作用下的失效概率。采用均匀设计试验方法(UD)在结构参数样本空间选取合适的试验点,利用支持向量回归建立起结构参数与失效概率的对应关系式,再通过连续型随机变量的全概率公式得到结构在双重随机性下的失效概率。最后以一座主跨180 m的高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行抗震可靠度分析计算,结果表明:采用UD-SVR方法拟合关于结构参数与失效概率的响应面函数进行可靠度分析计算,对复合随机系统的动力可靠度计算具有较高的效率,为复杂结构的抗震动力可靠度分析计算提供了一种新的思路。     

基于区间理论的隧道衬砌安全性评估

衬砌结构安全性评估结果的合理性和精确度大小不仅关系到结构的可靠性,而且对隧道工程的相关决策会产生重要影响。在隧道结构安全性评估过程中评估方法的选择尤为重要,本文提出了一种基于非概率可靠度理论的隧道衬砌安全系数的研究方法。该方法在已知给定的随机变量统计参数的前提下,通过非概率区间可靠度理论,求解隧道衬砌安全系数,评估隧道衬砌结构的安全性。运用该方法对一实例隧道衬砌安全系数进行计算,结果表明:参数的随机性会对隧道衬砌安全系数产生较大影响。     

基于随机有限元的路基沉降可靠度研究

基于随机有限元理论,对路基沉降可靠度进行了研究。考虑输入参数的不确定性,采用蒙特卡洛直接抽样法(MC)、拉丁超立方抽样(LHS)、响应面-蒙特卡洛模拟方法(RSMC),分析了路基沉降可靠度,讨论了各种方法的计算效率和计算精度。算例结果显示:拉丁超立方抽样可靠度分析在保证蒙特卡洛直接抽样数值精度的同时,收敛速度较直接抽样法得到提高,可以减少抽样次数;响应面-蒙特卡洛模拟可靠度分析具有更高的计算效率,能够显著减少抽样次数,计算精度较高,因此响应面-蒙特卡洛模拟方法值得在路基沉降可靠度分析中推广采用;基于随机有限元的路基沉降可靠度计算能够为相关工程提供参考。     

深基坑隆起稳定性的模糊可靠度参数分析

通过模糊概率与可靠度分析法相结合,引入深基坑抗隆起破坏分析的普朗特尔公式,建立了两随机变量的模糊可靠度简化模型,对隆起破坏进行了模糊可靠度评价,并对插入比、围护结构长度、地面超载、粘聚力、内摩擦角等参数进行了分析。通过实例,计算了深基坑隆起失稳的模糊破坏概率和模糊可靠度,验证了简化计算模型的实用性。结果表明,隆起破坏的失效概率与内摩擦角呈指数函数递减关系,模糊随机方法能够合理地反映基坑的实际稳定性。     

喷射混凝土强度概率统计规律及其可靠度分析

对某公路隧道喷射混凝土进行了现场钻孔取芯和室内抗压强度试验。在此基础上,对喷射混凝土强度进行了概率统计规律的分析,并利用所得的规律对其结构可靠度进行了计算和分析。结果表明,隧道工程施工中, 喷射混凝土强度的离散性很大;C25喷射混凝土强度的概型分布符合正态分布;喷射混凝土强度满足设计要求的可靠度仅为70%;喷射混凝土强度平均值虽然都超过了设计强度,但隧道喷射混凝土强度标准值没有达到设计强度。     

深基坑隆起稳定性的模糊可靠度参数分析

通过模糊概率与可靠度分析法相结合,引入深基坑抗隆起破坏分析的普朗特尔公式,建立了两随机变量的模糊可靠度简化模型,对隆起破坏进行了模糊可靠度评价,并对插入比、围护结构长度、地面超载、粘聚力、内摩擦角等参数进行了分析。通过实例,计算了深基坑隆起失稳的模糊破坏概率和模糊可靠度,验证了简化计算模型的实用性。结果表明,隆起破坏的失效概率与内摩擦角呈指数函数递减关系,模糊随机方法能够合理地反映基坑的实际稳定性。     

既有钢筋混凝土梁桥可靠度分析

既有钢筋混凝土梁桥在运营过程中,由于混凝土碳化,钢筋锈蚀造成承载能力降低,影响结构的安全性。将可靠度评估中的抗力和荷载效应考虑为随时间变化的随机过程,通过对结构抗力衰减影响因素的分析,建立抗力的随机过程模型,根据统计资料建立作用在桥梁上的荷载效应模型。然后运用可靠度理论的计算方法对桥梁结构构件动态可靠度进行了分析,并对...     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的可靠度分析方法

分析了既个钢筋混凝土桥梁正常使用权限状态可靠度分析的特点;研究和讨论了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的模糊随机可靠度分析方法和考虑中介状态的可靠度分析方法,并根据一座实际桥梁的实测资料进行了具体的计算分析.     

徐变对施工期隧道喷射混凝土支护安全性的影响

在考虑隧道喷混凝土支护厚度等随机变量和徐变因素的影响下,采用试验和理论相结合的方法研究了加载龄期对早龄期喷混凝土徐变性能的影响,推导了考虑徐变时支护变形及内力的计算公式。计算采用可靠度分析中的蒙特卡罗法来计算功能函数的失效概率和可靠度指标,并进行了工程实例分析。结果表明,理论计算与实际情况相符,证明了该支护安全性评价方法的有效性。且应力水平较高时,徐变对支护产生不利影响,计算时应予以考虑。     

基于道路使用者的城市路网动态行程时间可靠度

为了解决目前对行程时间可靠度的研究几乎都是从道路管理者角度出发的问题,考虑路网随机变化对道路使用者的影响,首先从道路使用者的角度以及行程时间分布的2个维度提出了动态行程时间可靠度的概念,进而分析了其时空变化特性.其次基于日变可靠度并假设行程时间及其规定阈值服从正态分布,根据其概率密度分布函数分析了可靠度影响因素,并提出了行程时间可靠度指标.然后运用该指标推算出了路段和路径行程时间可靠度,计算并分析了路网动态行程时间可靠度.最后在一个测试路网上采用3种方法分别计算了路径行程时间可靠度.结果表明,传统计算方法存在缺陷,而提出的可靠度指标法与Monte Carlo法的结果基本相同,也因此验证了该方法的正确性.     

考虑参数相关性的隧道围岩稳定性分析

由于隧道围岩赋存环境复杂,围岩参数存在着不确定性和变异性,传统的单一定值法对围岩进行稳定分析往往结果不可靠。将隧道围岩主要力学参数,粘聚力c、内摩擦角φ和容重γ以均值和标准差表征,并考虑两参数之间的相关性,借助响应面法对隧道围岩可靠度进行分析。试验样本点依据Minitab获得;响应值,即隧道拱顶下沉值,通过有限元建模分析获取;根据ANOVA得到回归方程后,与极限状态函数建立联系得到功能函数;最后采用MATLAB优化工具箱计算目标的失效概率。结果表明:一般粘聚力c和内摩擦角φ负相关,考虑了参数相关性计算获取的隧道围岩失效概率更为可靠。     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的可靠度分析方法

分析了既个钢筋混凝土桥梁正常使用权限状态可靠度分析的特点；研究和讨论了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的模糊随机可靠度分析方法和考虑中介状态的可靠度分析方法，并根据一座实际桥梁的实测资料进行了具体的计算分析。