基于响应面和重要抽样法的隧道衬砌结构时变可靠度

由于隧道衬砌结构极限状态方程高度非线性,直接采用一般的可靠度计算方法得到的是几何可靠度,存在较大误差,需进行改进.结合响应面法和重要抽样两种方法,利用响应面法得到的验算点作为重要抽样法的抽样中心,进而求解结构的可靠度指标.在该理论的基础上,考虑结构抗力随时间衰减的因素,利用Matlab软件编制了隧道在服务寿命期限内的时变可靠度指标的计算程序,并通过回归分析,得到了时变可靠度指标随着时间呈指数递减的规律.通过耐久性系数与时变可靠度指标的对应关系,可得到衬砌结构任意时刻的耐久性系数,该系数则是衬砌结构耐久性设计的关键.该方法对功能函数高度非线性的工程较适用,并且为结构耐久性设计提供了基础.     

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.     

铁路隧道复合式衬砌可靠度的分布规律研究

研究了铁路隧道复合式衬砌可靠度计算方法.通过素混凝土和钢筋混凝土极限状态方程,确定了各随机变量,由误差传递函数计算荷载统计特征,进而确定了内力特征,最后通过H-L法计算隧道衬砌可靠指标.由上述隧道可靠度计算方法,对铁路隧道复合式衬砌标准参考图进行校核,研究了不同时速,不同围岩级别和类型的隧道可靠指标分布规律.结果表明:二次衬砌结构的可靠指标数值较大,一般在3.0以上,拱顶位置的可靠指标较小,为衬砌结构的薄弱环节,边墙和拱脚位置的可靠指标较大.对不同时速和不同类型隧道,随着围岩级别的增加,可靠指标越来越小.同等条件下,时速250km隧道复合衬砌可靠指标较大,安全储备较高,时速200km和350km隧道可靠指标相对较小.在时速和围岩级别相同情况下,浅埋隧道可靠指标普遍小于深埋隧道.     

浅埋隧道岩土体参数正交反演及衬砌工作状态评价

基于现场监控量测数据、正交设计理论、有限元理论和钢筋混凝土结构相关理论,提出合理评价隧道衬砌工作状态的新思路。即以拱项下沉和洞周收敛监测数据为依据,选取典型围岩物理力学参数,设计正交试验方案,采用有限元正交反演分析,得到岩土体计算参数;在此基础上通过有限元正分析,计算隧道衬砌内力,综合确定最危险截面;再根据钢筋混凝土结构理论计算衬砌的设计内力,提出采用衬砌结构安全度来评价隧道衬砌的安全状态,并将其工作状态分为安全、极限和危险3个状态。最后,以马鞍山隧道工程为例,对其衬砌结构的工作状态进行评价,得到其安全度为1.124,基本处于安全可靠状态,可为相关隧道的设计和施工提供借鉴和参考。     

隧道型钢喷混凝土初期支护的可靠度计算方法及应用

针对隧道中常采用的型钢拱架+喷混凝土的初期支护形式,提出其截面失效的功能函数;采用“位移法”计算初期支护的轴力和弯矩,同时考虑型钢拱架对可靠指标计算的影响;讨论失效概率计算参数的不确定性,确定随机变量的概率特征.最后,利用功能函数对工程实例中隧道型钢喷混凝土初期支护进行可靠度计算,并对其进行安全性评价.结果表明:计算结果与实际状态相吻合,且符合相关规范对可靠指标的规定.     

正常使用极限状态下隐式功能函数结构可靠度计算

提出了一种适用于具有复杂隐式功能函数的钢桁架结构可靠度计算方法.采用神经网络逼近正常使用极限状态下隐式功能函数,基于可靠度指标的几何意义,运用新改进的遗传算法搜索钢桁架可靠度指标最优解及验算点.通过两个算例,分别使用JC法和蒙特卡洛重要抽样法验证了新改进的遗传算法的准确性和有效性.结果表明,新改进的遗传算法与蒙特卡洛法计算的钢桁架可靠度指标相对误差仅为0.23%;且对于小概率失效结构,引入的自适应随机变量能有效改善传统方法中初始种群基因不良的问题.该方法在计算复杂隐式功能函数结构可靠度指标时,具有计算速度快、计算简单、精度高等优点.     

基于可靠度敏感性的神经网络法研究边坡稳定性

针对边坡工程结构功能函数不能显式表达的可靠性分析问题和非线性问题计算量大的弊端．研究结构可靠度敏感性,提出参数的相对敏感性分析方法,并基于该方法提出了神经网络法分析边坡稳定性。具体思路：由可靠指标对随机变量分布参数的相对敏感性分析,确定边坡可靠度主要影响参数;用神经网络模型近似替代响应量与基本变量间的隐式极限状态函数,根据蒙特卡罗模拟法,对网络模型进行可靠度分析,求解结构可靠度指标。基于可靠度敏感性的神经网络法．对均值和成层边坡进行稳定性分析,与传统可靠度计算方法相比．结果表明：该方法分析边坡稳定性是准确的且具有较高的计算效率。     

浅埋隧道空间结构体系可靠度研究

岩体结构是受力岩体变形、破坏的内在依据.而Vanmarcke随机场理论未能考虑围岩空间结构的变异性.为此提出围岩物性参数空间等效方差增大函数这一概念,用来反映岩体结构对衬砌综合作用的随机变异性.同时运用Weibull- 脆性破坏统计理论.求得二次衬砌混凝土不同体积时的等效抗压强度,进而将隧道衬砌空间结构体系可靠度计算化为平面问题.研究发现.隧道结构体系可靠度随其长度的增加而逐渐减小,并将趋于一个稳定值.     

松软围岩隧道结构稳定可靠性估计

分析了深部地下工程围岩与结构的相互作用原理,提出了极限状态方程建立准则,然后按照新奥法原理给出最小荷载的估算公式.在分析衬砌力学传递机理基础上揭示了衬砌变形协调的3种基本类型,推导了在不同协调情况下结构实际抗力的计算公式,探讨了极限状态方程的建立方法.根据结构参数和状态函数的复杂性,研究了统计矩方法估算稳定可靠性概率的实用性.由此构成了该类隧道结构稳定可靠性估计的完整方法.并采用该方法分析了某隧道结构的稳定可靠度,验证了其有效性.     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明:双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

求解结构可靠指标的线性可行方向算法

为克服当极限状态曲面方程非线性程度较高时应用一次二阶矩法求解可靠指标可能不收敛的问题,提出一种求解结构可靠指标的线性可行方向算法.该算法采用求解约束极值问题的可行方向策略,在迭代过程中综合考虑了目标函数和极限状态曲面方程的影响.算法在每步迭代中先计算极限状态曲面在前步迭代点处的切平面,然后在此切平面上选定一个点,使该点和原点的连线与极限状态曲面的交点满足可行方向和收敛的要求.数值算例表明,无论极限状态曲面方程非线性程度如何,该算法都具有较高的精度和效率.这为结构可靠指标的计算提供了新的方法.     

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.     

JC法在结构可靠度计算中的改进和应用

运用JC法求解结构可靠指标．综述适用于不同结构可靠度计算的各种改进JC法：改进可靠指标初始值的设定方法求解线性结构,以保证迭代的收敛性并提高收敛速度;将JC法与数值方法相结合,解决非线性隐式功能函数的结构可靠度问题——采用差分法求随机变量的偏导数、用线性逼近法代替解非线性方程的常规代数方法求可靠指标,突破用JC法求解结构可靠指标．必须具有显式功能函数的限制;在结构抗力中引入时间参数t,将JC法的应用范围拓展到时变结构．研究表明：在一般工程结构的可靠度计算问题都能采用不同的JC法改进方法来解决．参10．     

大断面深埋高水压盾构隧道实测内力反算与分析

结合南京地铁3号线大直径盾构隧道工程,对隧道管片钢筋应变进行了现场测试,基于既有的管片内力反算方法,考虑混凝土非线性性质及管片接头,提出了适用于深埋高水压盾构隧道的内力改进算法,并对改进算法反算内力与结构设计计算内力进行了对比分析.结果表明:改进算法更能反映管片的实际受力状态,更适用于荷载模式复杂且接头传力机制多变的大断面深埋高水压盾构隧道;采用设计方法计算的深埋高水压盾构隧道管片及接头内力与改进算法反算内力的分布规律基本一致,但在量值上具有一定的差异;采用设计方法计算的管片及接头轴力为改进算法反算轴力的1/2左右,反算的管片弯矩在拱底位置与惯用法计算弯矩接近,在拱腰及拱顶位置与梁-弹簧法更为接近,反算的接头弯矩大于梁-弹簧模型计算接头弯矩.研究成果可为大直径深埋盾构隧道设计提供参考.     

蚁群优化算法及其在可靠指标计算中的应用

从可靠指标的几何意义出发,结合罚函数法,将结构可靠指标的求解问题转化成相应的无约束优化问题.在求解过程中,为避免因结构功能函数的高度非线性给求导运算等带来的复杂性,尝试用蚁群优化算法进行结构可靠指标的优化计算,推导了有关公式并编制了计算程序.实例应用表明,用蚁群优化算法进行结构可靠指标计算是可行的.     

软弱岩层中隧道结构体系的可靠度

探讨了软弱岩层中钢筋混凝土隧道结构的单截面失效模式和整体失效模式 ,对受拉和受压这 2类失效模式分别给出了极限状态方程 ,进而以条件概率和数值分析方法为基础 ,建立了体系可靠度计算的点估计法 ;结合隧道结构的设计计算 ,给出了相应的算例