军用桥梁结构可靠度研究

结构可靠性理论的研究和应用,引起结构设计方法的重大变革。本文概述1984年以来课题组所做的主要工作和阶段成果,包括钢构件抗力性能研究,车辆荷载的研究,几种军用渡河桥梁器材主要受力构件可靠指标的校准计算等,为制订军用桥梁设计规范提供理论依据和实用参数。     

军用桥梁疲劳可靠性设计方法和分项系数

为了提高军用桥梁的性能,应用可靠性理论对军用桥梁的疲劳抗力和荷载效应进行分析,对8种军用桥梁的疲劳可靠度进行了校准计算。采用加权平均法定出疲劳目标可靠度指标,推导了疲劳设计公式,并给出各分项系数的建议值。计算结果表明,该方法简单易行,可供新一代设计准则的修订时参考。     

钢闸门结构时变刚度模型及其可靠度评估

基于可靠性原理，建立了水工钢闸门结构正常使用极限状态刚度可靠度分析的极限状态方程，提出了钢闸门结构刚度可靠度分析的3种计算模式．对影响钢闸门结构构件刚度衰减的主要因素——钢材锈蚀进行了统计分析，得到了锈蚀规律，并进一步分析得到了闸门构件刚度的衰减模型．以受弯构件为例，采用JC法对其刚度可靠指标进行了计算分析．结果表明，其刚度可靠指标满足结构可靠性总原则的要求，且露顶门的刚度可靠指标大于潜孔门的刚度可靠指标，从而初步确定了现行水工钢闸门设计规范正常使用极限状态的刚度目标可靠指标。     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析

分析了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析的特点;研究和讨论了模糊失效界限和荷载等级提高对既有桥梁正常使用极限状态可靠度影响;以钢筋混凝土最大裂缝宽度作为构件正常使用状态的分析对象,建立了混凝土构件在正常使用状态下的极限状态方程,并根据一座实际桥梁的检测资料进行了可靠度计算,讨论了正常使用情况下各个因素对混凝土构件可靠指标的影响.     

军用组合吊桥加劲桁架的安全指标分析

本文参照《建筑结构设计统一标准》规定“一次二阶矩中心点法”,对军用组合吊桥加劲桁架(即装配式公路钢桥)的安全指标进行了分析计算。先将原计算公式转换为相应的极限状态表达式,建立极限状态方程;分析了荷载效应和抗力的不定性,根据实测数据统计了荷载效应的均值和变异系数,并引进中间变量以简化分析和计算。计算结果是,加劲桁架上弦杆轴压稳定的安全指标β约为2.83,比《统一标准》规定的三级结构的安全指标(β=2.7)略高,反映了目前军用桥梁结构的可靠度水平基本是合理的。如何使军用桥梁、渡河结构的设计计算能尽快采用较先进的可靠性理论,并尽可能在设计原则和方法上与国家的《统一标准》相适应,制定有军队特色的、军内各单位统一的设计计规范,仍是急待解决的课题。本文是军用桥渡结构可靠性分析的首次尝试,是应用“中心点法”计算安全指标的典型实例,为进一步分析结构系统的可靠度奠定了基础。     

大型高层建筑结构构件可靠度综合评估模型构建

由于不同因素对建筑结构构件可靠度的影响程度不同,导致直接对构件可靠度进行计算的准确性较低,为此,设计了一种大型高层建筑结构构件可靠度综合评估模型。将构件在规定时间和条件下对设计功能的完成概率作为建筑结构构建可靠度评价指标,根据不同完成情况之间互不相容的关系,将影响建筑结构构件可靠度的因素为随机变量,构件了建筑结构构件影响因素的联合概率密度函数,以各个因素各自对设计功能的完成概率之和实现对构件整体可靠度的评估。在建筑结构构件可靠度评估模型构建过程中,采用二阶弹性分析设计法计算可靠度评价指标的权重参数后,将其与评估指标进行融合,得到最终的评估模型。在实例分析结果中,设计模型对构件可靠度的评估结果与标准解之间的误差最大值为2.20%,最小值仅为0.10%,可靠度评估时间最高为11 ms,说明设计模型可以准确高效地对构件应用状态进行分析,为实际的建筑施工提供可靠的数据支撑。     

军用桥梁几种常遇荷载的概率分析

本文是军用渡河桥梁结构可靠度研究的部分内容。主要对军桥恒载、车辆活荷载、风、雪等主要荷载进行了概率分析。通过随机抽样调查获得荷载的样本数据,运用数理统计方法确定其概率分布类型和统计参数。主要结果是:军桥恒载G采用随机变量模型,概率分布类型为正态分布。车辆荷载Q(t)采用泊松过程模型,其任意时点及设计基准期最大值变量均匀为极值Ⅰ型分布。文中给出了上述4种荷载的统计参数值。理论分析严密,所得结果合理,为结构可靠度计算提供了实用模型和参数。     

既有钢结构构件安全性评定分析方法

考虑目标使用期对可靠度的影响,引入可靠度调整系数γa,建立了既有钢结构构件承载能力验算的极限状态表达式.比较分析了不同荷载折减方法,并选择"等超越概率法"计算得到了不同目标使用期的荷载折减系数.采用验算点法,得到了不同目标使用期既有钢结构构件的可靠度指标,计算结果表明,提出的验算表达式满足目标可靠指标的要求.最后依据满足目标可靠指标的程度提出了构件评级划分准则,并按照结构安全等级和构建重要性不同,分别给出了不同构件承载能力评定等级的具体定量参数限值.     

结构抗震承载力利用系数的可靠度校核

广东省的地方性标准DBJ15-92—2013《高层建筑混凝土结构技术规程》的抗震性能设计在国家现行的抗震设计规范的基础上进行改进,采用按设防烈度地震(中震)计算地震作用,引入承载力利用系数考虑构件的延性能力,来进行构件的承载力设计.为验证新的抗震承载力计算公式的可靠性,采用一次二阶矩方法对计算公式进行可靠度分析,研究了荷载比(地震作用标准值效应与重力荷载效应比值)、性能水准、设防烈度、构件受力类型等因素对可靠度的影响.结果表明:在同一性能水准下构件可靠指标和可靠性概率大小所遵从的规律为受压构件受剪构件受弯构件受拉构件,符合"强剪弱弯"的概念设计要求;荷载比和构件重要性系数对构件可靠度有显著的影响,设防烈度对构件可靠度的影响不大.     

偏心受压构件可靠度分析的极限状态方程

分析了偏心受压构件可靠度计算采用的极限状态方程。对钢筋混凝土大小偏心受 压和不允许开裂的混凝土受压构件作了以轴向压力表达和以弯矩表达的极限状态方程 的可靠度对比计算。计算结果表明，以通常采用的轴向压力表达的极限状态方程进行可靠度分析．不能确切地反映荷载变异性对可靠度的影响．因此所计算的可靠指标也 是不确切的．建议偏心受压构件可靠度分析采用以弯矩表达的极限状态方程。     

混凝土拱桥剩余承载能力有限元分析

根据结构分析的有限元方法、桥梁设计规范和桥梁承载能力评定规程,在桥梁病害调查和构件力学性质现场检测的基础上,通过建立能反映桥梁实际病害的结构分析力学模型,对某运营中的混凝土拱桥主要受力构件进行必要的验算与分析,评估了结构构件和桥梁的剩余承载能力,对该桥的加固与维修提供了技术依据.     

神经网络与响应面法相结合分析

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析.数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景.     

神经网络与响应面法相结合分析既有混凝土桥梁的可靠性

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析.数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景.     

神经网络与响应面法相结合分析

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义．提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析．数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景．     

超、特高压交直流同塔多回线路杆塔的可靠度影响因素

为探究超、特高压交直流同塔多回线路杆塔可靠度指标的影响因素;并对构件可靠度指标的提高措施进行研究,依照国家现行规范,采用一阶可靠性方法(FORM)对河西走廊即将实施的±800 k V/750 k V交直流同塔多回线路杆塔进行了详细的可靠度分析。分析结果表明:可变荷载效应比重、线条风荷载效应比重、轴心受力强度、轴心受压稳定以及风荷载重现期对可靠度指标均有一定影响;通过提高结构重要性系数能够提高杆塔构件的可靠度指标;但同时伴随着塔重的增加,以及更大经济的投入。     

考虑腐蚀影响的H型钢梁寿命预测研究

目的研究构件在工程中不确定性因素及服役期内结构可靠度指标值的变化,预测腐蚀影响的H型钢梁结构的使用寿命.方法结合已有的腐蚀钢材试验数据和研究成果,提出基于蒙特卡洛方法与Weibull模型相结合的方法,对腐蚀前后H型钢梁进行可靠度分析.即首先利用蒙特卡洛方法对不同腐蚀时间的H型钢梁进行可靠度分析,然后利用Weibull模型对不同腐蚀时间的H型钢梁的可靠度进行拟合,从而得到预测H型钢梁的可靠指标的衰减模型,并结合构件的目标可靠指标,预测H型钢梁的寿命.最后通过一数值算例验证所提方法的有效性.结果 Weibull模型可以很好的对腐蚀的H型钢梁的可靠指标进行拟合以及预测;依据腐蚀影响的H型钢梁的可靠指标衰减模型,得到该H型钢梁的使用年限为27.18 a.结论所提出的方法能够预测腐蚀的H型钢梁寿命,验证了所提方法的可行性和有效性.     

超、特高压交直流同塔多回线路杆塔的可靠度影响因素研究

为探究超、特高压交直流同塔多回线路杆塔可靠度指标的影响因素,并对构件可靠度指标的提高措施进行研究,依照国家现行规范,采用一阶可靠性方法(FORM)对河西走廊即将实施的±800kV/750kV交直流同塔多回线路杆塔进行了详细的可靠度分析。分析结果表明：可变荷载效应比重、线条风荷载效应比重、轴心受力强度、轴心受压稳定以及风荷载重现期对可靠度指标均有一定影响;通过提高结构重要性系数能够提高杆塔构件的可靠度指标,但同时伴随着塔重的增加以及更大经济的投入。     

在役混凝土桥梁可靠度分析

桥梁结构在环境荷载与服役荷载的共同作用下,随着龄期的延长,出现耐久性能退化、承载能力降低的现象,利用可靠度方法研究了结构抗力的时变性能.通过建立荷载效应概率模型,实现对在役混凝土桥梁可靠度的分析.采用该方法对一座服役32年的钢筋混凝土简支T型梁桥进行了分析.结果表明,评估基准期内该桥梁结构的可靠指标的降低与抗弯抗力衰减规律一致,继续服役6年后结构的抗弯可靠指标不符合要求,需进行抗弯维修加固.     

Q345钢轴心受力构件高温下设计参数与可靠度分析

我国现行的钢结构设计规范中提出了各类钢材常温下设计指标,但尚未有高温下的设计指标。为了分析高温下钢材的设计指标,收集了152组Q345钢材高温材料性能数据,得到Q345钢材高温下材料性能不定性的统计参数;利用ABAQUS建立有限元模型,计算高温下Q345轴心受力构件承载力360组,从而获得Q345钢轴心受力构件高温下计算模式不定性的统计参数;基于统计结果采用一次二阶矩法,通过MATLAB编制程序提出了Q345钢轴心受力构件高温下抗力分项系数。对提出的系数进行可靠度校核分析,结果表明,满足建筑火灾下的可靠度要求,具有较好的可靠性。     

既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析

对国内外大量纤维布加固试验进行了分析计算,得到了钢筋混凝土矩形桥梁构件计算模式不定性系数的统计参数.讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载等影响因素变化对既有桥梁结构承载力的影响,参考既有桥梁结构全寿命可靠度分析,确定了加固后既有桥梁锈蚀延迟期的长度.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验的基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.研究了加固后既有桥梁抗力计算方法,并结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算.该方法具有一定的工程应用意义,可以作为既有桥梁加固评估的理论依据.