基于随机振动理论的连续刚构桥抗震动力可靠性分析

采用功率谱密度函数描述地震动输入,将非平稳地震动过程等效成平稳过程,在ANSYS/PSD模块中模拟水平双向地震动输入,得到桥梁在随机地震作用下的响应,并通过首次超越破坏准则计算得出桥梁结构危险截面在地震作用下的失效概率,最后以一座主跨180m连续刚构桥为工程背景运用该方法进行抗震可靠度分析。     

随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析

为分析减隔震支座连续梁桥的可靠度,采用双过滤地震动模型模拟地震地面加速度功率谱,运用功率谱法进行减隔震支座连续梁桥的动力反应分析,得到各个减隔震支座的响应峰值统计量;以减隔震支座的相对位移作为控制指标,建立极限状态方程,依据JC法用MATLAB编程计算各减隔震支座的失效概率,并根据串联模式计算减隔震支座连续梁桥的总体失效概率。某4×25m减隔震支座连续梁桥设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座,采用该法进行随机地震动作用下桥梁可靠度分析。结果表明:在Ⅰ～Ⅳ类场地结构响应的变异系数只与结构本身有关;随着场地类别的逐渐不利,结构响应的离散程度越来越大;铅芯橡胶支座的抗震性能明显优于板式橡胶支座。     

杆系拱桥随机地震响应及抗震可靠度分析

拱桥因其造型美观,受力性能优越,自古以来被广泛应用,为分析杆系拱桥在非平稳随机激励作用下的响应及可靠度,针对某实际工程,利用MIDAS软件建立非线性有限元模型。采用概率密度演化方法(PDEM),以Kanai-Tajimi模型作为地震动功率谱,生成150条横向地震波样本,依次将其输入至有限元模型中,得到其随机响应,分析了结构位移响应的概率密度函数随时间演化规律,并针对结构的关键部位进行了动力可靠度分析,结果表明概率密度演化方法能够有效应用于杆系拱桥的随机非平稳地震响应分析及可靠度分析,该拱桥在设计地震下有一定概率进入屈服阶段,充分发挥材料的性能。     

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。     

基于非参数核密度估计的桥梁结构地震易损性分析

针对桥梁结构构件常用地震易损性分析方法的不足,提出桥梁构件地震易损性分析的核密度估计方法。基于结构地震易损性条件概率的基本定义,重新定义易损性函数,采用概率统计中的非参数估计的核密度估计思想,实现地震动和抗震需求的联合概率密度分布函数、地震动边缘分布概率密度函数的估计,据此构建桥梁结构构件地震易损性的核密度估计算法。用Bootstrap重抽样方法验证所提易损性算法的正确性和可靠性。以一座刚构-连续组合体系桥梁为例,结合桥梁结构抗震设计规范,构建基于OpenSees软件平台的有限元模型,考虑结构参数不确定性和地震动的不确定性,基于增量动力分析和核密度估计,分析桥梁构件的地震易损性。同时分别用结构易损性分析参数估计的最大似然估计法和概率地震需求分析法、非参数估计的蒙特卡罗法计算结构地震易损性曲线,对比讨论4种结构地震易损性分析方法的结果,验证所提方法的正确性和可靠性。研究结果表明:相同计算精度条件下,所提桥梁结构地震易损性分析的核密度估计方法具有较好的计算效率,可用于桥梁结构构件的地震易损性分析中。     

基于支持向量机的大跨度斜拉桥可靠度分析

针对大跨度斜拉桥可靠度分析时存在的功能函数不能显式表达的问题,采用支持向量机来逼近结构的功能函数,建立结构响应量与随机变量之间的映射关系,并在此基础上结合常规的可靠度分析方法,如一次二阶矩法(FORM)、二次二阶矩法(SORM)和Monte Carlo法等来计算结构的失效概率。对某大跨度斜拉桥可靠度分析的结果表明,支持向量机能很好地模拟结构的真实响应,用于可靠度分析具有较好的计算精度。     

桥梁复合随机地震易损性分析方法研究及应用

影响桥梁地震安全的不仅是地震强度,还包括桥梁结构材料强度、结构尺寸,以及其离散分布特征等,这些因素也不是唯一确定的,而是随机的。传统的桥梁地震易损性分析方法已无法满足要求,需要充分考虑地震、材料等因素的随机性。为了更加全面而充分地确定在多种不确定因素综合影响下,桥梁结构的地震易损性分布及影响规律,采用全概率方法进行桥梁地震易损性分析。针对目前结构地震易损性分析方法的不足,引入人工神经网络和蒙特卡罗技术,采用动量增量分析方法和推倒分析方法,同时考虑了桥梁结构参数的随机性和地震动输入的随机性,提出了桥梁复合随机地震易损性分析方法。主要分析步骤为:首先,分别对随机桥梁结构的抗力和随机地震响应进行特征统计,在此基础上,再应用蒙特卡罗和神经网络技术对桥梁结构在不同损伤状态下的超越概率进行统计,绘制桥梁结构复合地震易损性曲线。复合随机地震易损性分析方法从全概率的角度比较全面地反映了桥梁结构的地震易损性,并具有以下特点:(1)采用神经网络仿真结构随机性的非线性分析,大大提高了计算效率;(2)采用充足地震波进行动量增量分析,从而考虑了地震强度的随机性;(3)采用蒙特卡罗随机抽样分析方法,避免了求解析解的困难。     

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.     

运营状态下杨浦大桥模态试验与状态评估方法研究

利用频域一空间域分解法,建立桥梁运行模态识别方法.该方法对桥梁在实际运行状态下车辆激励的响应测量数据进行无偏功率谱估计;然后采用奇异值分解技术,将随机响应数据空间分解成信号和噪声2个子空间,得出模态指示函数;并利用空间模态滤波技术分离出单一模态,准确识别出桥梁结构的模态参数.通过对杨浦大桥进行动力试验,测试桥梁在环境激励下的振动信息,采用该方法分析得到桥梁结构的动力参数,并与有限元计算结果相对比,有效实现了对桥梁结构整体状态和工作性能的评估.     

基于随机响应面的连续刚构桥主梁挠度控制可靠度分析

由于结构尺寸、材料性能和荷载存在随机性,连续刚构桥主梁挠度难以与设计的理想状态吻合,提出了基于随机响应面的主梁挠度控制可靠度分析法,评估不同施工阶段达到预定挠度控制目标的概率。此外,为了避免复杂积分,利用多重响应面法求解施工全过程的挠度控制失效概率。考虑预应力束张拉控制应力、混凝土强度、一期恒载与二期恒载等主要施工参数的不确定性,利用上述方法对李家洼大桥进行了主梁挠度控制可靠度分析。结果表明,主梁挠度控制的失效概率随着悬臂的伸长而升高,在最大悬臂阶段达到最大值。在桥梁合龙以后,失效概率回落至较低水平。另外,失效概率与主梁挠度控制容许偏差值负相关。     

基于神经网络算法的大跨径斜拉桥随机地震效应主梁动力可靠度研究

为解决大跨径斜拉桥在随机地震作用下动力可靠度计算费时费力的问题,基于首次超越准则,构建了考虑地震随机性和结构本身参数随机性的双重随机功能函数,提出了使用神经网络算法获取结构内力响应均方根并使用线性规划优化方法求解最小可靠度的方法,并以某大跨径斜拉桥为算例进行了算法验证.计算结果表明:相比于传统的响应面法,基于神经网络算...     

基于概率有限元的气缸盖疲劳可靠性分析

提出了一种基于均匀试验设计和BP神经网络模型构建随机参数与结构响应之间的近似非线性关系的概率有限元方法,该方法较直接Monte-Carlo法需要的样本数据大幅减少,更适合大规模计算的结构概率有限元分析。采用该方法以某型柴油机气缸盖结构疲劳失效分析为算例,进行了可靠度期望寿命计算,并通过对影响气缸盖应力的燃烧压力、各螺栓预紧力和喷油器压紧力等22个载荷参数的均值和标准差的敏感性分析,初步确定了造成气缸盖本体结构疲劳开裂的主要影响因素。     

基于Newmark-β法的地震作用下顺层岩质边坡可靠度时程分析方法

为了提高传统顺层岩质边坡地震响应的时程分析方法的计算效率,以及在地震作用下边坡动力可靠度评价指标的选取方法中考虑地震随机性的特征,运用Newmark-β法和MATLAB/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应的简化计算方法,基于Monte Carlo法进一步给出了安全系数与可靠度时程的计算方法。根据边坡工程技术规范中规定的边坡稳定安全系数最低要求值和实际工程中可接受的边坡最大允许破坏概率,提出了最低安全要求可靠度和最大允许失效可靠度2个新的评价指标,并给出了相应的计算方法。最后,采用2个新的评价指标对地震作用下边坡动力可靠性进行综合评判。结果表明:提出的顺层岩质边坡地震响应简化计算方法合理可行,且具有较高的计算效率和精度;与其他的边坡地震可靠度评价方法相比,该方法采用2个新的评价指标评价地震作用下边坡动力可靠性的方法可靠,其考虑了边坡地震可靠度随机性的特征,且与边坡工程技术规范和实际工程风险相结合,计算结果能更真实地反映地震作用下边坡的安全状况,更具合理性和工程适用性。     

考虑大件荷载的桥梁网络可靠度分析及路径优化研究

为研究大件运输车辆荷载对桥梁安全性能的影响,提出了一种基于支持向量机和改进灰狼算法的可靠度计算模型,并以此设计了考虑桥梁网络可靠度的大件运输路径优化方法。首先依托大件运输车辆荷载分布统计数据建立了大件运输车辆荷载-桥梁结构响应的机器学习算法映射模型,通过支持向量机拟合大件车辆荷载下的结构功能函数,其次采用融合指数型非线性收敛和柯西变异的改进灰狼算法对可靠度进行求解,计算了某35 m预应力钢筋混凝土T型梁桥在大件运输荷载下的时变可靠度,设计了考虑大件运输荷载下桥梁网络可靠度的路径优化方法。研究结果表明：支持向量机对大件车辆荷载下的桥梁结构响应拟合良好,平均相对误差仅为1.74%;考虑大件运输荷载下的桥梁时变可靠度曲线下降趋势更加明显,且越接近桥梁服役后期,可靠度指标退化速率越快;改进灰狼算法在对功能函数求解时收敛速度极快,寻优稳定性极高;考虑桥梁网络可靠度的路径优化方法可以准确选择当前大件运输荷载下可靠度较高的通行路径。     

连续刚构桥施工阶段可靠性分析的支持向量机法

PC连续刚构桥采用悬臂浇筑法施工,施工过程中的结构受力状态、结构参数及外力具有随机性,为了研究PC连续刚构桥悬臂施工阶段体系可靠度,根据箱梁截面受压和受拉失效模式确定了悬臂施工阶段极限状态方程,建立支持向量机分类算法的可靠性分析计算格式,用于悬臂施工阶段可靠性分析,并应用在某高速公路大跨径PC连续刚构桥可靠性分析中,得出施工阶段可靠指标为3.719,施工荷载和梁截面尺寸的控制对桥梁施工过程中安全和质量问题至关重要,运用支持向量机法分析PC连续刚构桥施工阶段可靠度取得了良好效果,可为同类型桥梁可靠性分析提供借鉴和参考。     

斜拉桥施工阶段标高控制模糊随机可靠度分析

由于桥梁施工阶段标高控制过程中存在随机性和强烈模糊性的问题,为取得更好的标高控制效果,采用随机有限元法求解桥梁结构响应梯度,结合模糊隶属函数向随机密度函数作等价变换,得到标高控制模糊随机可靠度。以九江重建斜拉桥为背景,对随机变量参数进行敏感度分析,计算该桥的标高控制模糊随机可靠度,并分析与此相关的多种影响因素。结果表明,钢主梁容重、斜拉索弹性模量等是敏感度较大的随机变量;考虑标高控制失效模糊随机性,通过隶属函数将失效区域定义在某个区间得到的结果更具实用性;适当提高控制成功界限值,选择最优的标高控制失败界限值,可较好地提高施工阶段标高控制成功率。     

随机车载下连续刚构桥动力可靠度分析

引入车流-桥梁耦合振动模型至桥梁结构可靠度分析中,提出了随机车流作用下大跨桥梁动力响应的简化分析方法,应用于桥梁动力位移极值外推与首超失效概率评估。基于中国某高速公路的动态称重数据,模拟了稀疏和密集状态的随机车流,建立了主跨为200m连续刚构桥梁的车载效应概率模型。工程实例分析结果表明:随机车流-桥梁耦合振动分析结果为时程曲线,可视为随机过程的一个样本,而Rice公式可捕捉到该曲线的概率特征,可用于研究考虑车流-桥梁耦合振动效应的极值外推;随着输入车流样本的增长,桥梁响应均值与标准差趋于稳定,随机车流作用下大跨桥梁的荷载效应满足平稳随机过程假定;连续刚构桥在密集车流作用下的关键失效点位于中跨跨中,当现有密集车流占有率由1.2%增大到3.6%时,该桥梁的位移首超可靠指标从5.76下降至5.60。     

混凝土简支桥梁的体系延性与可靠度研究

目前对于桥梁结构的单梁在各类荷载作用下可靠度研究很多,但其很少涉及桥梁结构体系的整体可靠度问题,而单个桥梁构件的失效并不一定使得整个桥梁结构发生整体破坏。通过建立有限元模型并将其与基本的可靠度理论相结合,讨论和计算结构系统承载力的延性,从而建立一套可以考虑体系延性的可靠度计算方法。研究发现,仅仅考虑单梁失效的构件可靠度与实际体系的可靠度会有很大区别,进行可靠度分析时应进行体系分析,能够更为准确地评估桥梁结构的性能。     

独塔斜拉桥横桥向合理抗震体系研究

本文以海南铺前独塔斜拉桥为工程背景,建立了该桥的三维有限元动力计算模型,首先介绍了有限元模型的建立和地震动的选取,其次讨论了弹塑性钢阻尼器不同的设计参数(屈前刚度、屈服荷载)对独塔斜拉桥横桥向地震响应的影响,最后对比分析了横桥向墩梁间固结、滑动和弹塑性约束3种不同体系下的桥梁抗震响应,结果表明设置弹塑性钢阻尼器的弹塑性约束体系不仅能够减小全桥结构的地震内力响应,还能控制位移响应在合理范围内。     

既有钢筋混凝土桥承载能力退化和维修需求分析

综合混凝土碳化模型、钢筋锈蚀模型,运用随机有限元方法,对既有钢筋混凝土桥梁设计基准期内的结构失效概率、可靠度进行分析,提出综合目标可靠度和维修成本效益的桥梁维修需求预测模型。通过在一座下承式系杆拱桥的应用,进行了维修方案的比选,预测了其在设计基准期内的维修需求,验证了方法的可行性。