响应面法及其在桁架桥可靠度分析中的应用

对于已建成的公路桥梁来说,结构几何尺寸、材料、外部荷载等基本设计变量存在着不确定性.应用响应面法构造了桁架桥跨中挠度极限状态方程,计算了结构几何尺寸、材料、外部荷载等基本设计变量随机变化时,桁架桥在正常使用极限状态下的可靠度.分析表明,响应面法是桁架桥可靠度分析的有效方法.     

响应面法及其在桁架桥可靠度分析中的应用

对于已建成的公路桥梁为说，结构尺寸尺寸、材料、外部荷载等基本设计变量存在着不稳定性。应用响应面法构造了桁架桥中挠度极限状态方程，计算了结构几何尺寸、材料、外部荷载等基本设计变量随机变化时，桁架桥在正常使用极限状态下的可靠度。分析表明，呼应面法是桁架桥可靠度分析的有效方法。     

极限状态响应面法分析结构可靠度的研究

一般响应面方法由于逼近的是功能函数而非极限状态方程,因而精度有时不高。为克服此不足,提出一种极限状态响应面法。该方法利用位于极限状态曲面上的样本点来重构结构的极限状态方程,因而模拟出的极限状态曲面精度较高。由此提出一种算法,通过逐步修正求解得到的设计点以实现在设计点附近较高精度地逼近结构真实极限状态方程。该方法同时克服了重构极限承载力曲面方法不能适用多个荷载随机变量的缺点。数值算例表明该方法具有较高的精度,适用范围广,而且所需样本点数量少。     

群桩基础的船撞静力可靠度分析

采用响应面法进行了群桩基础在船撞作用下的结构静力可靠度分析.正常使用极限状态方程是基于承台横桥向位移建立的,承载能力极限状态方程是基于单桩和桥塔截面的抗压/弯强度建立的.最后进行了群桩基础结构可靠指标的敏感性因素分析,指出影响群桩基础船撞静力可靠度的主要随机因素.     

基于混合模拟法的连续刚构桥静力可靠度分析

为对大跨连续刚构桥在多维随机因素作用下的安全性进行有效评估,将Monte-Carlo法与响应面法相结合,建立基于混合模拟法的结构可靠度分析方法。该方法首先利用MonteCarlo法对结构进行若干次循环分析,以此计算出各随机变量的可靠性灵敏度因子,再将灵敏度较高的输入变量继续作为随机变量,利用响应面法拟合出结构的功能函数,最后利用Monte-Carlo法求解出显式化功能函数的可靠指标。采用混合模拟法与概率网络估算法相结合计算承载能力极限状态下连续刚构桥的可靠度,以广西百色市江坝右江特大桥为例进行分析,结果表明,承载能力极限状态下,中跨跨中截面抗弯失效模式是该桥上部结构静力体系可靠度的控制失效模式。     

用响应面法分析装配式公路钢桥的平面结构系统可靠度

对复杂结构进行可靠性分析时,利用传统的结构可靠性分析方法可能会遇到困难,但应用响应面法可以有效地解决问题。本文利用响应面法和有限元程序ANSYS对装配式公路钢桥主桁架的挠度、弯曲应力和压杆失稳进行了可靠度分析,得到各种结构行为下极限状态功能函数的近似表达式,从而求出相应的可靠指标。通过分析计算表明,响应面法是装配式公路钢桥平面结构可靠度分析的有效方法。     

考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析

在地震多发地区,设计和施工都需要考虑地震力作用对边坡稳定性的影响。针对地震力作用下的台阶式边坡稳定性问题,结合极限分析方法和随机响应面法,建立了一种计算效率较高的边坡可靠度分析方法。首先,利用拟静力法将地震力效应转换为作用在边坡水平方向上的荷载,同时将地震力系数和土体特性均视为随机量;然后基于上限法原理和强度折减法,推导得到考虑了地震力效应的台阶式边坡稳定功能函数;由于该方程表达式是一个隐式函数,因此,利用随机响应面法得到原功能函数的近似显式表达式;最后,通过蒙特卡洛法模拟近似的显式函数,最终计算得到边坡的失效概率。通过工程实例的对比分析表明,该方法的精度与传统的蒙特卡洛方法相当,但是计算过程相对简易高效,可以有效地应用于考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析。     

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.     

基于PDS模块技术的钢筋混凝土拱桥可靠度计算

运用ANSYS中的概率设计模块(PDS)技术,将蒙特卡罗法(MC)和响应面法(RSM)结合起来,针对无法列出极限状态方程的在役钢筋混凝土拱桥建立了有限元模型,并进行了可靠度分析.根据钢筋混凝土拱桥的实测资料,选取对结构可靠度影响大的随机变量作为输入参数,将拱桥的结构响应编写为ANSYS的APDL语言,建立可靠度计算的参数化模型.利用ANSYS中的PDS模块技术拟合结构的响应面方程,对拟合的响应面函数进行2 000次抽样,得到函数的统计参数.然后根据JC法的计算原理,用Matlab编程计算出拱桥上部结构的可靠指标.并根据钢筋混凝土拱桥的结构特点,将主拱圈、拱上立柱和桥面板作为串联体系进行系统可靠性分析,选取构件的最低可靠指标作为整个体系的可靠指标.最后探讨了随机变量对拱桥可靠度的灵敏度影响程度,得到拱圈、拱上立柱和桥面板3个构件中随机变量对功能函数的影响大小.     

大跨径Y形钢箱肋拱桥地震风险评估

为解决现有桥梁地震失效概率计算方法耗时长、计算复杂的问题，提出了一种联合响应面法(RSM)和蒙特卡洛法(MCM)的评估方法，并以此对泾河大桥的地震风险进行了评估。首先通过Midas Civil建立有限元模型，计算桥梁在不同程度地震有效峰值加速度作用下的地震响应，以副拱中部位移为响应值，利用响应面法构建地震有效峰值加速度与位移值的响应模型，求解完成后检验响应模型的精度，最后根据蒙特卡洛原理建立风险极限状态方程，计算得到桥梁在地震作用下的失效概率。研究结果表明，Y形钢箱肋拱桥的地震风险概率为1.81%,桥梁比较安全；RSM的拟合效果较好，能够准确求出影响因子与计算目标的关系；联合响应面法和蒙特卡洛法能够快速、准确地对桥梁地震风险进行评估。     

基于响应面法的桥面结构可靠度近似计算

结合南城大桥工程背景,在利用大型有限元计算程序对桥面结构进行受力分析的基础上,应用响应面法的理论和方法对桥面结构的可靠度进行近似计算。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型，提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度，桁架弦杆内混凝土弹模，钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数；根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集，并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系，结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符；采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好；修正后的有限元模型具有较高的精度，可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

基于信赖域算法的连续梁桥动力损伤识别

鉴于信赖域算法在求解非线性二次规划问题中具有良好的全局收敛特性,同时结合有限元模型修正技术,引入有效弹性模量损伤因子和损伤分布函数的概念,在Matlab编程环境下调用ANSYS有限元程序中的APDL语言进行桥梁空间结构的有限元建模,利用信赖域算法调整局部单元(组)的参数,通过连续损伤分布插值多项式拟合连续区段各单元(组)的损伤分布曲线,进而实现了对连续梁桥的动力损伤识别。数值算例表明该方法能准确、有效地判断桥梁结构的损伤发生、损伤区域以及损伤程度,同时该损伤识别过程可以结合二次精细划分单元(组)的方法来提高识别的精度和准确性。     

大跨径斜拉桥动力分析基准有限元模型研究

针对大跨径斜拉桥的动力分析特点,研究了基准有限元模型的建立过程和修正策略。通过讨论了恒载初应力效应和几何非线性对大跨斜拉桥动力特性的影响,提出了基于敏感性分析和优化设计原理的有限元模型参数修正方法。并结合工程脉动试验对模型进行修正,结果证明,该方法具有很好的有效性和实用性。     

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。     

基于位移法的桩板结构理论分析方法研究

尽管我国在多条高速铁路线上采用了桩板结构,但目前还主要是采用经验设计和试验验证的方法。基于一定的假设条件下,在充分考虑桩土、板土相互作用的基础上,采用位移法推导了桩板结构的理论分析方法,并将推导的方法与有限元进行了对比分析。结果表明,推导的理论方法与有限元计算结果非常接近,能满足工程设计的需要。     

悬索桥主缆成桥线形确定的有限元新算法

为提高悬索桥主缆线形确定的有限元算法的执行效率,对单悬索结构ANSYS程序找形原有算法的不足进行分析,提出模型更新位移预测和残差补偿算法。该算法通过主动预测的变步长来更新模型,并采用有效方法来处理大步长更新所带来的不利后果。采用该新算法对2座桥进行计算,结果表明该新算法找形分析的计算结果可靠,计算精度及效率高。     

某重型自卸车车架结构强度有限元分析

利用有限单元法对一款冲压铆接自卸车车架进行了仿真分析,计算得到该车架在典型极限工况下的变形和应力,结果表明该车架强度合理,满足设计要求。     

基于ANSYS的少片变截面钢板弹簧可靠性分析

在ANSYS软件中建立某少片变截面铜板弹簧的有限元模型,通过分析结果与实验结果的对比,验证了模型的正确性。考虑多种不确定性因素的影响,应用ANSYS中提供的概率分析系统,采用蒙特卡罗法模拟抽样,对该钢板弹簧进行概率有限元可靠性分析。