工程结构时变失效概率分析

用泊松脉冲随机过程模拟机车车辆荷载,考虑抗力随时间的变化,给出工程结构时变失效概率的计算公式。定性分析抗力衰减函数、荷载平均发生率和结构服役时间对失效概率的影响。结果表明,在其他因素确定的情况下,荷载发生频率的增大、结构服役时间的延长及抗力的衰减均会导致失效概率增加,其中抗力衰减引起结构失效概率的增加更明显。因此在服役过程中需对结构进行定期的检测维修,以确保其可靠性。     

考虑时变可靠度的接触网检修计划智能编制方法

针对接触网检修计划人工编制存在效率低、错误多等问题,从状态检修角度出发,利用威布尔分布描述接触网设备可靠度的时变特性,引入役龄回退因子考虑检修作业对接触网可靠度的影响,建立了基于时变可靠度区间的接触网检修计划编制模型,以接触网运行可靠度最大与检修作业路径成本最低为优化目标,利用启发式求解算法对优化模型进行求解.实际算例...     

钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析

考虑钢筋疲劳强度随时间变化,提出疲劳强度时变模型.在此基础上对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠度分析.基于混凝土碳化模型和钢筋锈蚀深度公式推导钢筋截面面积随时间变化公式.根据试验数据,提出S-N曲线中疲劳强度系数下降的疲劳强度时变模型.基于钢筋截面面积和疲劳强度时变,运用极限损伤度法和改进的一次二阶矩法,求解失效概率与疲劳可靠指标,然后根据选定的目标可靠指标获得桥梁的剩余寿命.算例表明:考虑和不考虑钢筋截面面积随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算的影响较大;在桥梁的钢筋锈蚀到一定程度后,考虑和不考虑钢筋疲劳强度随时间的变化,对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算有明显的影响.     

在役钢筋混凝土拱桥时变可靠度分析

结合现行桥涵设计规范及钢筋混凝土拱桥的受力特点,给出钢筋混凝土拱桥"安全-中介-失效"三级工作模式的相应概率.基于时变可靠度理论,将随机有限元、神经网络和蒙特卡罗法结合,提出评估在役桥梁结构可靠度的FNM法,即,用随机有限无法计算训练样本,再用神经网络扩展训练样本,然后通过蒙特卡罗法计算失效概率和损伤概率,得到结构的时变可靠度,以判断结构的工作状态.对1座建成8年、主跨为80m的钢筋混凝土拱桥进行时变可靠度分析.结果表明:该桥主拱在第8年时,已进入虽有损伤但仍能工作的中介状态,需要维修加固.这一结论与实际情况相符.     

基于Monte Carlo模拟的概率疲劳S-N曲线修正

系统介绍了服从客观疲劳分散性规律、保证服役范围预测合理的概率疲劳s_a-N曲线的科学原则与方法,包括保证高应力幅范围疲劳寿命均方差为正、科学确定概率疲劳s_a-N曲线的极大似然法,以及把概率疲劳s_a-N曲线合理延续到超长寿命范围的"协同概率外推法"和不完善疲劳可靠性数据的重构法。根据收集到的42CrMo合金结构钢旋转弯曲疲劳极限数据,应用Monte Carlo模拟法,同时考虑置信度和超长寿命范围,且控制样本数在5~15范围,从而实现了试验数据与统计参数的高精度重构还原。     

基于时变可靠度的高铁列控系统维修周期的确定方法研究

铁路列控设备维修周期的合理确定不仅可以提高设备的可靠性、安全性,还能有效提高铁路的运输效率。本文建立时变可靠度模型和成本函数模型,引入役龄回退因子,考虑视情维修,以可靠度收益和维修成本为优化目标,结合武广高铁故障案例对ATP系统进行维修周期确定研究,并在此基础上用MATLAB进行解析。     

结构可靠度计算的约束极小化方法

本文提出结构可靠度计算的约束极小化方法，该方法对于非线性极限状态函数是一个精确的算法，在理论上它比一次二阶矩方法更严密。本方法与一次二阶矩方法不同，不需求出极限状态函数关于各变元的偏导数。因此。当利用计算机计算时，算前的准确工作量小，该方法对迭代初值无任何限制并且迭代总是收敛的。     

既有混凝土梁桥加宽改造的时变可靠度分析

为了研究桥梁加宽后构件刚度劣化对新旧桥时变可靠度的影响,建立了混凝土构件在劣化环境下的可靠度计算模型。以一座钢筋混凝土梁桥为研究对象,在考虑新旧桥刚度劣化不一致的情况下,运用MATLAB软件分析了新旧桥时变可靠度指标的具体变化规律。研究结果表明:钢筋锈蚀会造成原桥主梁抗弯承载能力下降,承载力标准差上升,从而引起新旧桥主梁荷载横向分布系数以及变异系数发生变化,在新旧梁拼接缝处变化最为明显;桥梁加宽改造后,原桥时变可靠度指标上升,而新桥明显下降。     

考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度

基于混凝土中氯离子扩散及其引起钢筋锈蚀的机理,提出了钢筋面积随时间变化的公式.根据锈蚀钢筋疲劳试验,提出了反映钢筋疲劳性能的疲劳强度时变模型.基于上述模型,运用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法,对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠性分析,计算其时变疲劳可靠度.结果表明:氯离子侵蚀作用下,钢筋有效截面减小和疲劳性能衰减显著降低桥梁结构的疲劳可靠指标.本文建立的计算模型能够为结构疲劳可靠性的鉴定以及结构构件的维修决策提供有效参考.     

城市轨道交通项目建设时序的Monte Carlo和AHP法仿真

城市轨道交通的规划、建设、运营是一脉相承的,新线的开通建设对既有线会产生一定程度的影响,在既定规划的基础上建设时序的合理化能使新线与既有线间形成良好的衔接,对于优化城市轨道交通行车组织、提高网络化运营服务质量是一个至关重要的环节.构建了城市轨道交通项目建设时序的评价指标体系,在分析传统AHP(层次分析)方法特点的基础上,考虑评价决策的随机不确定性,应用Monte Carlo和AHP仿真的方法以确定项目建设时序,并通过条例演示了具体应用过程.     

基于MEP法的在役桥梁时变可靠度研究

基于最大熵原理和概率理论,提出用于分析在役桥梁结构时变可靠度的最大熵概率密度迁移法(MEP法)。采用有限元法求出较为精确的响应量,用数理统计法求得响应量的各阶矩;以4阶原点矩为最大熵约束条件,结合最小二乘法推导结构响应的概率密度函数解析式;基于时变可靠度原理,得出1组迁移的概率密度曲线族;根据"安全—损伤—失效"三级工作模式确定积分限值,计算结构的时变损伤概率与失效概率,进而得到相应的可靠度。运用MEP法和Monte Carlo法对在役桥梁算例可靠度的比较计算结果表明:2种算法结果较为吻合,且符合在役桥梁现状;MEP法可避免Monte Carlo法的大规模取样,并解决数值积分法所面临的复杂结构功能函数难以获得的问题。     

CRTSⅡ型无砟轨道板疲劳时变可靠度研究

针对CRTSⅡ型轨道板疲劳的潜在失效模式,依据混凝土材料的疲劳性能,建立列车荷载与温度荷载共同作用下CRTSⅡ型轨道板混凝土疲劳功能函数,利用该功能函数开展基于时变可靠度理论的CRTSⅡ型轨道板疲劳时变可靠性研究。时变可靠度、时点可靠度及蒙特卡洛的计算结果对比表明:时点可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛结果有较大误差,而本文采用的时变可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛方法的输出结果几乎一致,说明本文方法计算精度较高。算例结果表明,在轨道板服役后期,轨道板纵向轨下截面处受拉边缘纤维混凝土容易发生弯拉疲劳开裂,这说明作为主要承受疲劳荷载(循环次数较多、荷载较大)的构件,轨道板的抗疲劳性能需进一步加强。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明：所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

浅埋隧道结构可靠度分析

以模型试验所得的荷载统计特征为基础，根据一次二阶矩理论，提出用杆系概率有限元方法分析浅埋隧道结构可靠度的途径，用算例验证了方法的可行性。     

隧道衬砌结构体系可靠度研究

针对隧道二次衬砌结构,从其在围岩荷载作用下的内力分布出发,建立了衬砌结构的串并联体系,由此确定其体系失效模式,进而以蒙特卡罗-随机有限元法为基础,充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用区间估计的"宽界限法"对隧道衬砌结构的体系可靠度进行了分析。最后结合一典型工程实例对隧道结构体系的可靠指标进行了计算,计算结果表明:尽管隧道衬砌结构存在局部截面的可靠指标较小,但其体系可靠指标仍较高,整个隧道衬砌结构处于安全状态。     

地下结构抗震动力可靠度分析

由于地震的随机性,开展地下结构随机地震响应及其抗震可靠度分析具有重要的实际意义。本文从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,研究了将地震荷载作为平稳随机过程时地下结构随机地震响应分析方法,导出了平稳随机地震作用下地下结构动力响应的数字特征计算表达式。分析了地下结构在某烈度地震作用下和设计基准期内的抗震可靠度。     

BIM技术在铁路桥梁工程中的应用及实现方法

为了解决铁路桥梁BIM应用过程中出现的重复建模、各阶段数据传递不畅的问题,对铁路桥梁BIM模型的建模方法和管理方法进行研究.提出了单一模型入口、多文件描述的建模方法,对工程各阶段的模型进行有效组织,避免了重复建模,实现了模型跨阶段应用.提出了文件和数据两级的管理方法,解决了BIM模型各阶段间和专业间的信息传递问题,实现...     

地震作用下结构动力可靠度时域显式子集模拟方法

时域显式表达式将随机样本变量成功分离出来,使结构动力响应的求解变得更为简洁,从而有效提高了用蒙特卡罗法计算结构动力可靠度的效率。而传统子集模拟法求解可靠度所需的样本数比传统蒙特卡罗法少,因此本文在时域显式表达式基础上引入子集抽样方法,基于Metropolis-Hastings法则可以获得所需条件样本,利用概率论乘法原理可以获得最终失效概率,从而减少了可靠度计算所需的样本总数,进一步提高了计算效率。计算结果表明改进的方法在保证较高计算精度的基础上,计算时间成量级减小,在小失效概率情况和大型复杂结构情况下,改进方法的优势更加明显。     

考虑徐变效应的高速铁路预应力箱梁上拱变形时变可靠度研究

借助《JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的徐变系数模型,建立考虑徐变效应的预应力混凝土(PSC)箱梁跨中截面上拱变形功能函数。利用此功能函数,发展基于三阶矩法的箱梁上拱变形时变可靠度分析方法。与蒙特卡洛模拟方法的对比研究表明:在保证计算精度的前提下,本文的可靠度方法提高了计算效率。时变可靠度分析结果同时表明:预应力张拉结束后PSC箱梁跨中上拱变形可靠度水平较低,二期恒载加载后上拱变形可靠度趋于稳定;建议通过适当降低预应力偏心距以减小截面上下缘应力差等方法来提高考虑徐变效应的上拱变形可靠度,以更好地满足高速列车长期安全、平稳、舒适运行等要求。