基于最大熵原理与最优化方法的隧道衬砌结构可靠度分析

针对隧道衬砌结构参数的随机性、分布的多样性与极限状态功能函数高度非线性的特征,运用最大熵原理对隧道衬砌结构参数进行估计,得到符合实际的参数估计值;然后,根据隧道衬砌结构稳定的极限状态方程,从结构可靠度指标的几何涵义出发,建立其可靠度指标计算的优化数学模型,并运用Microsoft Excel工作表中的规划求解功能得到其可靠度指标.结合工程实际,给出具体算例,且指出提高隧道衬砌结构可靠度的途径.研究结果表明:该方法用于计算工程结构可靠度指标无需将状态函数线性化,不受基本变量维数限制,收敛速度快,计算效率高,且与蒙特卡罗100万次直接抽样法计算结果相比,具有很高的精度,能广泛适用于隧道及地下工程领域的可靠度计算和分析.     

矿山法地铁隧道二衬结构安全系数及可靠度计算方法研究

以北京地铁四号线某大断面矿山法隧道为背景,分别应用初期支护与二次衬砌共同承受全部荷载的计算模式与不考虑初期支护承载而由二次衬砌单独承受全部荷载的计算模式进行隧道截面安全系数和可靠度指标的计算,结果表明:两种承载模式得到的结构最不利截面安全系数均能满足要求,但二衬结构单独承载模式得到的最不利截面结构可靠度指标偏低.为确保根据不同承载模式得到的计算结果基本相同,在应用响应面法分析隧道衬砌结构荷载效应的基础上,采用了等效地层弹性抗力系数来表征初期支护对结构承载的贡献,为解决地铁隧道结构设计中由于结构承载模式不同而造成的计算结果差异提供了一个途径.     

基于响应面和蒙特卡罗法结构位移可靠度

为了研究结构位移可靠度,以门式框架为例,利用MATLAB软件编制基于蒙特卡罗法、响应面法、响应面—蒙特卡罗法的计算程序,采用数值模拟方法对结构进行可靠度分析。得到结构的失效概率、可靠指标、结构最不利点水平位移的概率分布情况。计算结果表明:这几种方法计算结构的失效概率与文献[5]结果接近,但蒙特卡罗法的计算工作量大、时间最长,响应面法的计算时间最短。响应面—蒙特卡罗法、响应面—重要抽样蒙特卡罗法在较少样本的情况下可以达到较高的精度要求,且计算效率较高。本文基于MATLAB编制的可靠度模拟分析程序为复杂结构可靠度分析提供了参考。     

基于响应面法的混凝土桥梁时变可靠度分析

为了求解劣化环境作用时混凝土桥梁的时变可靠度,建立了基于改进响应面法和确定性的混凝土桥梁退化过程分析方法相结合的混凝土桥梁时变可靠度分析方法.利用FORTRAN95分别编写了混凝土桥梁耐久性分析程序CBDAS和可靠度分析程序PIRSM.以一座预应力混凝土简支梁为对象,分析了不同极限状态下结构力学性能指标的可靠度随时间的...     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

基于时变可靠度的梁桥性能退化研究

通过分析混凝土结构耐久性退化原理,得到钢筋和混凝土材料性能的时变过程,进一步建立抗力与荷载的随机过程.通过将设计基准期等分成N段,求得每段内的可靠度,根据可靠度的概率意义得到时变可靠指标.比较了JC法与蒙特卡罗抽样法的计算精度,结果表明可以用JC法代替蒙特卡罗法计算时变可靠度指标.研究了混凝土保护层厚度和荷载变化对时变可靠指标的影响.     

基于响应面法的三维H-B强度准则可靠度的研究

针对采用一次二阶矩法计算复杂、高度非线性功能函数的可靠指标时,求解功能函数对随机变量的偏导数极其困难,并且偏导数形式非常复杂等问题,提出用响应面函数代替原功能函数的方法,使其求导过程方便,并且使偏导数形式转化为随机变量的线性表达式,便于程序化求解。然后以计算三维Hoek-Brown强度准则的可靠度为例,确认响应面法在复杂、高度非线性功能函数可靠度计算中的可行性,并与变量代换法和复合函数求导法则的计算结果进行比较,说明利用响应面法计算的结果具有较高的精度。最后,用响应面法分析强度准则参数分布类型和岩体参数之间的相关性对三维Hoek-Brown准则可靠度的影响规律。研究结果表明:该方法具有较高精度;强度准则参数分布类型对可靠指标的敏感性较弱;岩体参数的负相关系数与可靠指标线性相关,对可靠指标的影响不大。     

变f响应面法及其在重力坝结构可靠性分析中的应用

响应面法已经成为求解大型复杂结构可靠度的常用方法,尤其适用于求解结构极限状态方程具有较强的非线性或是在结构分析中引入有限元进行可靠性分析而导致方程呈隐式的问题.针对传统响应面法中中心复合抽样因子f值取值不同导致计算结果波动且精度不高的问题,首次提出在响应面法计算流程中引入"变f"的概念.算例结果表明,本文提出的变f响应面法相比于经典响应面法、加权响应面法以及JC法精度更高,收敛速度更快,且可突破f取值1~3的限制,适用于非线性极限状态方程可靠度的计算.此外,通过变f响应面法与加权响应面结果的对比可知,本文提出的方法精度更高,改变f值的作用可以替代加权响应面法中加权函数的作用.最后,结合某简单的重力坝模型,对于该方法在重力坝抗拉可靠度计算中的应用作了有益的探索.     

高性能复合砂浆钢筋网加固RC梁的时变可靠度分析

研究高性能复合砂浆钢筋网加固RC梁新老材料强度随时间衰减的可靠度指标.利用时变可靠度理论,采用蒙特卡罗法模拟,给出了高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土构件时变失效概率的计算方法.复合砂浆钢筋网加固RC梁的时变可靠度先高于设计规范规定的目标可靠度 ,然后逐渐减小,接近设计使用年限时,接近目标可靠度,这一趋势为合理地评估结构性能提供了有效工具;结合非线性回归和时变可靠性指标,提出了加固RC构件使用寿命预测方法,为在役结构的维修与加固提供合理的经济决策依据.     

一种复杂非线性结构可靠性的分析方法

根据当前随机有限元方法研究的现状，分析各种方法的优缺点，提出了一种求解复杂非线性结构可靠指标的行之有效的计算方法。利用响应面法求出衬砌的荷载效应，采用蒙特卡洛法或遗传算法求解可靠指标。采用该方法对厦门东通道海底隧道的衬砌结构进行了可靠性分析。     

大气环境下预应力结构的耐久性设计理论

针对现代预应力混凝土结构耐久性失效的特点以及结构耐久性具体要求，详细论述了预应力结构耐久性设计的主要内容；随后就大气碳化环境这一指标，提出了预应力结构构件耐久性极限状态的定义形式，并给出了一种以结构耐久性能和可靠度理论为基础的结构耐久性设计方法，该方法与现行结构承栽力设计的可靠度设计方法相似，采用分项系数r（安全系数）来反映结构可靠指标；并在此基础上给出了一定设计使用年限、一定可靠指标下结构耐久性设计时保护层厚度的计算表达式．算例分析表明，该设计方法简单、实用，便于工程设计人员使用．     

基于响应面法的基坑支护结构稳定可靠度分析

保证基坑支护结构的稳定性是基坑工程设计与施工中的重要课题,在基坑支护结构的设计中常采用的安全系数法是未考虑到设计参数的随机性与变异性的定值设计法,而将结构可靠度理论引入到基坑工程中来,则可以定量地考虑工程中实际存在的不确定性因素,因而能够对结构的可靠性作出更为客观和合理的判断。针对一重力式基坑支护工程实例,采用响应面法计算了3种基坑稳定性验算模式的可靠指标及失稳概率,并与一次二阶矩法的计算结果进行了对比分析;在此基础之上研究了土体参数,即变异系数、均值和相关系数等对稳定可靠指标的影响,从中总结了相关有益的结论。     

基于随机有限元的车辆结构可靠度分析研究

提出了一种运用可靠度理论中的改进一次二阶矩法和有限元分析相结合的方法,并以转向架结构为对象,对构架侧梁关注部位进行了可靠度分析.分析考虑了结构、材料及外载荷的随机离散性,给出了结构的可靠度指标,同时通过各随机变量的灵敏度分析,给出了它们对结构设计与制造可靠性的影响程度.     

基于协同优化方法的汽车正面抗撞性优化设计

将最优拉丁方试验设计方法与响应面方法相结合,建立了汽车正面碰撞过程中3组加速度指标的代理模型.使用协同优化方法对该3组加速度指标进行了协同寻优.优化结果表明,优化后3组指标均有不同程度的改善,提高了汽车正面抗撞性,表明使用协同优化方法、结合近似技术和有限元技术是求解汽车抗撞性多目标设计优化问题的一种有效方法,该方法能够有效地避免传统优化方法在求解高度非线性问题时面临的困难.     

石油井架可靠性设计中的荷载与荷载效应

对典型油田的３２钻机的最大工作荷载的可靠性进行了统计，求得其概率分布类型为正态分布，同时求得了其统计特征（均值、标准差及变异系数）。在此基础上，求得了３２钻机在设计基准期内的荷载的最大值ＱＴ的分布函数ＦＴ（ｘ）及其它有用的统计参数，进而确定出了３２钻机用Ｋ型井架的荷载效应．将模型井架的应力实测结果分别与用线性及非线性结构有限元程序所得的计算结果进行对比，探讨了计算方法的变异性．这两种计算方法所得结果相差很小，均可用于井架的强度计算．所得研究结果可直接用于井架的疲劳可靠性设计与分析，并可经适当变换推广到最大静强度的可靠性设计中．     

坝下游面钢衬钢筋混凝土管非线性有限元分析

采用解析法对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计，确定了钢衬厚度和钢筋配置，对其进行整体三维非线性有限元分析，着重研究了在设计荷载作用下，钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征．采用将非线性有限元分析与规范解析法相结合的方法，先根据非线性有限元计算的结果，分析得到钢衬钢筋混凝土管的钢筋应力，再将其代入规范解析公式，计算出结构的裂缝宽度，并最终提出了满足结构限裂要求的配筋方案．     

硬岩隧道锚喷支护施工过程非线性有限元分析

聚丙烯纤维喷混凝土作为隧道锚喷支护中的新型支护方式,具有施工便捷特点,并可以改善混凝土的性能和耐久性。文章采用非线性有限元法对东巨寺沟硬质围岩铁路隧道进行了大断面开挖-锚喷支护施工全过程分析,分析了施工过程中围岩的位移变形、应力、塑性区分布特征,验证了隧道支护后的围岩稳定性和支护效果。