考虑安全性与正常使用性能的大件车辆过桥评估方法

为支撑近年来国内各省份大件运输车辆过桥智能评估管理系统建立工作,同时考虑安全性与正常使用性能的要求建立车辆过桥评估方法。基于安全性与正常使用性能要求形成了大件运输车辆过桥评估方法框架,并依托可靠度理论对评估目标可靠指标、分项系数校准、临界荷载效应比值确定等问题展开研究;选用高速公路典型中小跨径梁式桥进行案例分析;针对评估结果显示不具备可通行性的车辆,形成了系统的通行保障策略,以满足大件运输车辆的强制通行属性。研究发现,当大件运输交通量增大时,应通过评估目标可靠指标提升实现对评估方法适当收紧,考虑年均大件运输交通量为50辆~200辆时,恒载效应、大件运输车载效应及抗力分项系数取值范围分别为[1.069, 1.077]、[1.115, 1.131]及[1.165, 1.225],桥梁构件安全性评估结果受构件技术状况等级影响显著,年均大件运输交通量对正常使用性能评估结果影响比较明显。     

基于贝叶斯更新和逆高斯过程的在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度动态预测方法

在役钢筋混凝土桥梁在服役环境和车辆荷载的耦合作用下,其服役性能随时间不断退化,采用确定性的性能退化模型无法准确描述退化过程中的不确定性和时间变异性。该文采用逆高斯随机过程描述其抗力退化过程,同时采用复合泊松过程描述车辆荷载效应,建立了基于抗力-车辆荷载效应双随机过程的在役钢筋混凝土桥梁构件时变可靠度分析方法。结合检测数据,采用贝叶斯分析和期望最大化算法,对逆高斯过程抗力退化模型参数进行更新,提出了在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度的动态预测方法。以一座钢筋混凝土T梁桥为例,采用其40年服役期的抗力退化数据,分别在四个服役时刻对逆高斯过程抗力退化模型参数进行了更新,演示了提出的可靠度动态预测方法。研究表明:逆高斯随机过程可更合理地描述钢筋混凝土桥梁构件抗力退化过程中的不确定性和时间变异性;融入桥梁服役期间检测的抗力退化信息,采用贝叶斯更新逆高斯过程抗力退化模型参数后,可更准确地预测桥梁未来的可靠度服役状况和估计桥梁的剩余使用寿命。     

考虑关联荷载验证时变抗力的桥梁结构可靠度评估方法

作用于桥梁结构的荷载效应存在时间相关性。基于多维随机变量的Copula随机数矩阵和Monte Carlo数值模拟方法,提出了服从平稳随机过程的关联荷载既有桥梁时变可靠度评估方法。采用服从正态分布的历史荷载信息作为验证荷载,基于相邻荷载效应的Pearson相关系数矩阵分别构造n元Gaussian Copula和t-Copula随机数行向量,讨论了基于线性相关的荷载时间关联性强弱对桥梁时变抗力验证作用的影响。对某钢筋混凝土梁桥进行时变可靠度分析,结果表明:考虑荷载过程的时间关联性会降低其对桥梁抗力的验证作用。相关性越强,验后抗力的均值提升和标准差降低越小,验证作用越不显著;t-Copula函数的验证效果低于Gaussian Copula函数。对在役桥梁而言,已服役历史验证荷载过程的时间离散程度越高,对后继服役期结构的安全性能评估越不利。使用Copula随机数矩阵法,若采用t-Copula函数生成随机数行向量,自由度df的取值建议在1～20之间。     

基于车辆荷载效应截尾分布的桥梁限载分析方法

根据车辆荷载效应右截尾分布模型, 提出一种基于结构可靠度理论的中、小跨度桥梁限载分析方法。首先以规范规定的车辆荷载效应分布为原始分布, 构造右截尾的车辆荷载效应概率密度函数;然后, 假定抗力、恒载效应及车辆荷载效应为相互独立的随机变量, 建立了考虑车辆荷载效应右截尾分布特征的限载系数反演模型;继而, 通过分析车辆荷载效应均值变化对限载系数的影响规律, 提出了理想抗力桥梁条件限载系数的确定方法, 并讨论了条件限载系数对车辆荷载效应变异系数与分布类型的敏感程度;最后, 根据原桥梁规范受弯构件承载能力设计表达式, 计算了按原规范设计桥梁的条件限载系数。结果表明, 桥梁限载取值仅与设计荷载等级、容许失效概率以及设计采用的活恒载比值有关, 而与车辆荷载效应的统计参数关系不大。所提限载分析方法可为中、小跨径桥梁提供具有一致可靠度水平的限载取值。     

公路桥梁限载标准的可靠性分析方法

基于结构可靠度理论,建立了公路桥梁不同可靠水平下的车辆荷载限载标准。根据公路桥梁抗力及荷载效应概率分布函数与统计参数,采用最基本荷载组合形式与不同的活恒载标准值效应比值,从设计可靠水平与最低容许可靠水平两个层次,分别计算了按新老规范设计桥梁的超载影响系数。在此基础上,以三轴载重汽车和五轴载重汽车为不同汽车运行状态下的标准限载车辆模式,提出了基于典型限载车辆模式的公路桥梁安全限载标准与最大容许限载标准。最后,考虑实际抗力水平的差异,给出了基于不同规范设计桥梁限载标准的分析方法。研究结果表明,该文提出的基于可靠性的公路桥梁限载标准,与现行规范衔接紧密,可作为公路桥梁限载与超重运输通行审核的依据。     

钢结构吊车梁疲劳可靠性分析与评估

通过钢结构吊车梁实测资料与以往疲劳试验资料进行统计分析,提出了荷载与抗力的统计参数,用一次二阶矩方法对钢结构规范中规定的8类连接和构造形式的疲劳可靠性进行了校准分析,根据计算结果给出疲劳目标可靠指标的建议值与分项系数的设计表达式。最后通过算例验证该评估方法的应用,可作为在役钢结构吊车梁疲劳可靠性检测评估的一种方法。     

考虑压-拉薄膜效应的围框约束RC板极限抗力分

合理估算大变形条件下梁板构件的极限抗力,对工程设计计算具有重要意义。传统的RC （reinforced concrete）板极限抗力一般由小变形条件下的受压薄膜效应得到,然而RC板构件的灾变断裂大部分出现在大挠度阶段,因此考虑压-拉薄膜效应的极限抗力分析尤为重要。该文将RC板从加载到断裂全过程分为板端受压上升段、混凝土开裂下降段和钢筋拉伸上升段,根据正截面抗弯的钢筋混凝土弹塑性模型得到基于受压薄膜效应的荷载-挠度全曲线。利用经典的挠曲线微分方程并引入抗弯刚度软化系数对挠度进行修正,结合能量原理推导出大变形条件下基于受拉薄膜效应的RC板极限抗力,进一步得到考虑压-拉薄膜效应的荷载-挠度全曲线。计算结果表明,考虑压-拉薄膜效应的RC板极限抗力分析方法可以更合理地预测荷载-挠度全过程,计算结果与相关试验吻合良好,为合理评估RC板的极限承载力提供参考。     

考虑压-拉薄膜效应的围框约束RC板极限抗力分析

合理估算大变形条件下梁板构件的极限抗力,对工程设计计算具有重要意义。传统的RC(reinforced concrete)板极限抗力一般由小变形条件下的受压薄膜效应得到,然而RC板构件的灾变断裂大部分出现在大挠度阶段,因此考虑压-拉薄膜效应的极限抗力分析尤为重要。该文将RC板从加载到断裂全过程分为板端受压上升段、混凝土开裂下降段和钢筋拉伸上升段,根据正截面抗弯的钢筋混凝土弹塑性模型得到基于受压薄膜效应的荷载-挠度全曲线。利用经典的挠曲线微分方程并引入抗弯刚度软化系数对挠度进行修正,结合能量原理推导出大变形条件下基于受拉薄膜效应的RC板极限抗力,进一步得到考虑压-拉薄膜效应的荷载-挠度全曲线。计算结果表明,考虑压-拉薄膜效应的RC板极限抗力分析方法可以更合理地预测荷载-挠度全过程,计算结果与相关试验吻合良好,为合理评估RC板的极限承载力提供参考。     

考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度分析

近年来,我国有大批桥梁得以新建。与此同时,日益增加的车辆荷载使得在役桥梁面临着更大的服役风险。在已有研究中,桥梁结构的可靠度评估将车载随机过程看作平稳泊松过程,且假定荷载效应概率模型在评估期内独立同分布。历史数据表明,我国的汽车荷载存在明显的逐年增加的趋势,随时间不再服从同一分布,已有方法也不再适用。为此,该文改进了已有方法,提出了考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度评估新方法。算例表明,改进的方法简便易行,结果准确。已有方法可看作是该文改进方法的特例。随后,利用这一方法研究了结构可靠度对车载随机过程参数的敏感性。结果表明,车载随机过程参数对结构可靠度的影响显著。在20年的评估期内,均值每年增加1.1%或标准差每年增加1.3%,都会造成结构的失效概率增大两倍。     

钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析

联合线弹性断裂力学和长期监测数据提出了大跨桥梁焊接细节疲劳可靠度评估方法, 并以润扬大桥钢箱梁的焊接细节为对象开展了应用研究。首先, 采用长期监测数据建立了疲劳荷载效应的概率模型;其次, 推导了焊接细节疲劳断裂抗力的表达式, 分析了初始裂纹深度和极限裂纹深度对断裂抗力的影响规律, 采用随机数值模拟的方法得到了断裂抗力的概率模型;最后研究了交通荷载增长条件下焊接细节疲劳可靠度的时变规律。研究表明:断裂抗力服从对数正态分布, 且对初始裂纹深度极为敏感;当考虑交通荷载增长, 桥梁的服役期还未满设计基准期时, 焊接细节的可靠度就将低于目标可靠度水平。     

泰州大桥中间塔鞍座抗滑安全评估

在分析鞍座抗滑机理的基础上,建立了基于最大静摩擦系数的三塔悬索桥中间塔鞍座抗滑基本评估模型,并发展了多种鞍座抗滑评估方法。包括基于目前使用的设计规范评估鞍座抗滑安全的确定性方法;基于静态车辆数据合成随机车流,并利用Rice公式外推其荷载效应极值,进而研究鞍座抗滑安全性能的评估方法;以及基于车辆荷载效应和抗力概率模型的鞍座抗滑概率评估方法。用上述三种方法分别对泰州大桥鞍座抗滑安全性进行全面评估,表明泰州大桥中塔鞍座抗滑安全可靠。     

基于可靠指标的稳定安全系数探讨

桥梁结构当第一类稳定安全系数取4时,能否保证结构在更可能出现的第二类失稳发生时的可靠指标达到目标可靠指标值得研究。对单层单跨刚架桥分别进行了第一类和第二类稳定计算,以第一类稳定计算得到的临界荷载,取第一类稳定安全系数为4,采用一次可靠度方法编制程序得出可靠指标。进而采用第一类稳定可靠指标计算时的荷载效应和第二类临界荷载来计算第二类可靠指标。根据可靠指标探讨结构稳定安全系数取值的合理性。在此基础上,对两类稳定临界荷载进行了参数分析,研究临界荷载的变化对可靠指标的影响。结果表明:稳定分析应区分失稳状态,第一类稳定安全系数取4,但当结构发生第二类失稳时,有些情况下不足以保证可靠指标达到目标可靠指标。     

基于车辆响应的无砟轨道路基不均匀沉降评价指标理论研究

路基不均匀沉降的合理评价对于保障高速铁路运营安全和指导线路养护维修至关重要。传统路基沉降评价多基于沉降幅值单一指标,缺乏对车辆运营速度、路基沉降波长的综合考虑。该文基于建立的精细化多车-无砟轨道-路基耦合动力学模型,分析了路基不均匀沉降下的车辆动力学响应特征以及运营速度、沉降波长及幅值对车辆响应的影响规律,在此基础上提出了沉降时变率指标用于路基不均匀沉降评价。结果表明:沉降时变率能融合车辆运营速度、沉降波长、波幅三者对高速列车动力学响应的共同影响。沉降二阶时变率和轮轨垂向力、轮重减载率安全性指标呈显著的线性映射关系;沉降一阶时变率和车体加速度等舒适性指标呈较为显著的线性映射关系;并提出了轮重减载率、车体加速度与沉降时变率的拟合公式。研究成果可为高铁线路设计和养护维修提供参考。     

基于概率断裂力学的老龄钢桥使用安全评估

我国交通线上存在大量老龄钢桥,这些老龄钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命已受到桥梁管理部门的高度重视。为确保老龄钢桥的使用安全,避免不必要的维护与更换,建立老龄钢桥疲劳剩余寿命与使用安全评估方法十分必要。建立了反映老龄铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型,给出了用于疲劳可靠性分析的极限状态方程,合理确定了随机变量的参数取值。建立了铆接钢桥构件单角钢概率疲劳破坏模型,基于MonteCarlo算法实现了铆接钢桥构件单角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序SAPFF。进而将铆接构件概率断裂模型应用于上海市浙江路桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了浙江路桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策。     

汽轮发电机组轴承的可靠性分析

本文提出了汽轮发电机组轴承振动的可靠性分析方法。该方法把轴承的失稳转速、机组运行转速和危急保安器的动作转速处理为随机变量，使用概率设计法在设计或运行阶段确定轴承不失稳的可靠性指标，文中还给出了该方法的应用实例。     

Operating reserve capacity requirements and pricing in deregulated markets using probabilistic techniques

A new probabilistic methodology to evaluate the operating reserve requirements of power systems in deregulated energy markets is presented. The main objectives are the assessment of reserve requirements for all submarkets (i.e. regulation, spinning, non-spinning and replacement), and the determination of the maximum acceptable bid prices in these submarkets and eliminating possible speculations. In order to balance reliability and costs, the proposed methodology is based on merging the loss of load cost index into the capacity bidding process for all operating reserve submarkets, thus avoiding the a priori establishment of an arbitrary risk index as a reference criterion. The results of studies using different test systems, including the IEEE-reliability test system and a configuration of the Brazilian South-Southeastern system, are presented and discussed     

Human factors, human reliability and risk assessment in license renewal of a nuclear power plant

This paper describes human factors and human reliability assessments carried out as a part of operating license renewal of a nuclear power plant. The structure and contents of human factors assessments, the source material and the role of probabilistic safety assessment are described. Similar evaluations are recommended as an integral part of periodic safety reviews of regulated industrial facilities.The qualitative part of the human factors review is structured according to an international guide. The assessments are here enhanced with operating experience evaluations, measured by quantitative statistical data obtained from inspections and assessments made by plant safety and quality assurance personnel, by regulatory authorities and by peer reviews.The quantitative assessment is based on the roles and contributions of human errors in the accident risk of the target plant. The assessment uses importance measures quantified in probabilistic risk assessment. The scope and the quality of the risk assessment and the scope and the quality of human reliability assessments are also taken into account. Furthermore, the assessment describes how risk assessment can be used to reduce errors and improve human factors. The results tend to be very plant-specific, and the errors have very different importances in different operating states and for different initiating event categories. The results are useful for planning preventive actions, i.e. for preventing errors by developing and prioritizing human factors improvement activities.     

Probabilistic fracture assessment of surface cracked pipes using strain-based approach

Simplified strain-based fracture mechanics equations, established for external surface cracked pipelines subjected to an external bending load, are presented and used in probabilistic assessment of a pipeline girth weld. The model takes into account several parameters, such as variation in crack depth, crack length, internal pressure and material hardening. The critical strain from ductile tearing in the cracked pipeline is found by using the tangency criterion. The reliability problem is solved using first and second order reliability methods for different pipe dimensions and load levels.     

基于GPD模型的车辆荷载效应极值估计

桥梁的服役安全问题一直广为人们关注。过去由于缺少实地通行车辆数据,新桥设计和旧桥评估都采用规范中的荷载模型。动态称重系统(WIM)能够提供准确的车辆信息,但利用WIM数据进行设计基准期内最大荷载效应估计时,又面临着概率模型在高分位点上不准确的问题。为解决这个问题,该文提出基于GPD模型的尾部拟合方法,以实现对基准期内车辆荷载效应极值较为准确的估计。该方法首先依据车辆荷载过程的特点对GPD模型的表达形式进行改进,然后利用最小均方差准则(MSE)对GPD模型中的参数进行估计,并对截尾GPD模型进行合理修正,从而得到修正的GPD模型。利用该模型,该文对国内某大桥实测车流量数据进行了系统分析和车辆荷载效应极值估计,并与规范方法进行了比较。结果表明:该文提出的基于GPD模型的计算方法能够合理预测未来车辆荷载效应的极值,而规范方法在中短评估期内对车辆荷载效应的估计存在偏低的风险。