时变结构可靠度预测方法探讨

时变结构在剩余使用寿命内的可靠度预测,是以结构在检测时刻的状态和所处环境为基础,一般采用概率模型和离散手段两种方法.本文概述了离散抗力求服役期结构可靠度的方法;基于已有结构抗力衰减模型和剩余使用寿命期内可变荷载计算模型的既有成果,考虑结构抗力的时变特性,提出一种新的时变可靠度计算方法.实例表明:该方法计算简单,结果可信.     

既有结构抗力的随机过程概率模型

既有结构当前的抗力客观上是确定的,但其在未来时间里的变化具有随机性,宜采用随机过程概率模型描述,从概率论的角度讲,既有结构抗力的概率密度函数实际上是拟建结构抗力的条件概率密度函数,基于这一点,提出一种由拟建结构抗力的概率模型建立既有结构抗力随机过程概率模型的新方法,该模型继承了拟建结构抗力独立增量过程概率模型的优点,克服了自相关系数统计方面的困难,同时能够合理考虑既有结构当前实际具有的抗力,使既有结构的可靠度分析能够得到更为有利的结果.     

RC偏压构件精细抗力概率模型

现行可靠度统一标准给出的RC偏压构件抗力统计参数较为粗糙,对其随偏心距值的变化考虑不够充分.针对此不足,采用Monte Carlo抽样方法并结合已有的各种抗力因素的概率模型,得到了不同偏心距和配筋率下的改进抗力概率模型.结果表明采用正态分布变量来拟合RC偏压构件抗力的分布具有较好的精度.在此基础上,对此改进模型应用于随机偏心距下RC偏压构件可靠度计算的适用性进行了实例分析.结果证实,当偏心距设计值接近或者大于界限偏心距值时,采用现行标准中的抗力概率模型来计算可靠度均会产生较大的误差,而采用文中建议的抗力概率模型则具有较高的精度;且现行可靠度统一标准因对抗力随偏心距值增大而减小的效应考虑不够而使得RC大偏压构件的设计偏于不安全.     

基于抗力随时间变化的桥梁可靠度评估研究

根据实际检测数据,考虑结构抗力和荷载的变化,计算实桥结构、构件的可靠度指标.考虑实际结构系统中,构件能力与荷载的相关性,确定结构系统比较合理的可靠性指标,完成当前结构承载能力的评估.在结构抗力模型和荷载模型中引入了时间参数t,提出了简单、实用的动态可靠度计算方法.确定当前结构可靠度指标,结合目标可靠指标,实现了对实桥结构剩余使用寿命的预测.     

碳纤维布加固混凝土梁可靠度分析

在考虑滞后应变为随机变量的情况下,对二次受力碳纤维布加固混凝土梁发生受压破坏时的抗力进行了统计分析,得到抗力的统计参数和概率分布模型。对常遇荷载组合情况下碳纤维布加固梁的受弯承载力进行了可靠度校准分析,得到其可靠指标满足GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》推荐的二级结构延性破坏的目标可靠指标要求。在两种荷载组合下,住宅楼在永久荷载与可变荷载组合下的可靠指标较办公楼的可靠指标大,而永久荷载与风载组合下的可靠指标最低。在3种荷载组合下,风载控制时的可靠指标较永久荷载或可变荷载控制时的可靠指标小。     

锈蚀-疲劳作用下的砼梁桥失效概率分析

研究氯离子侵蚀、混凝土开裂和车辆荷载反复作用对钢筋混凝土梁桥结构抗力退化的影响,建立了砼梁桥在锈蚀疲劳作用下的结构抗力退化模型,采用蒙特卡洛法编写了相应的时变失效概率计算程序.以广东省某沿海砼简支梁桥为例,计算其时变失效概率,并预测其使用寿命.分析结果表明,在车流密集锈蚀-疲劳作用下,砼梁桥的时变失效概率远大于仅考虑锈蚀影响的时变失效概率,指出在分析砼梁桥可靠度时,应考虑车辆荷载反复作用对结构抗力退化的影响.     

基于整架试验的扣件式钢管脚手架半刚性节点计算方法

扣件式钢管脚手架是目前国内建筑施工中使用最广的脚手架形式.在目前的几种计算模型中,半刚性节点模型最能反映扣件连接的特点,然由于建筑施工的特点,由单个扣件实验测得的节点本构关系在实用中是不可信的.本文通过对脚手架整架承载力试验结果的反分析,求得了节点旋转刚度系数,并建立了考虑节点半刚性连接的脚手架计算模型.比较了本模型与规范(JGJ130-2001)计算结果的差异,发现按照规范计算,其结果是偏于安全的.     

退化结构时变可靠性分析的随机过程新模型

由于外部荷载和内部材料复杂时变特性的影响,服役结构的性能退化机制复杂.引入具有独立增量特性的Gamma过程来描述结构抗力的单调退化特征,采用Poisson随机过程和Bernulli随机过程分别描述了结构所受荷载的变化,建立了抗力-荷载双随机过程体系;同时,基于穿越率的观点,提出了基于本文新模型的工程结构性能时变可靠性分析的计算方法,推求了结构时变可靠度表达式.分析表明,本文模型能够较好地描述退化结构随时间的抗力退化规律和荷载随机变化过程,可以为基于时变可靠度理论的结构评估和寿命预测提供理论依据.     

长期荷载作用下水工结构限裂可靠度分析

混凝土的徐变和收缩是长期荷载作用下混凝土结构裂缝宽度扩大的主要影响因素．因受环境条件影响,使其在水工结构中具有较大的不定性,而对水工混凝土结构构件可靠度的影响,目前尚无统一认识及合理的考虑方法．为了正确分析计算长期荷载作用下水工结构限裂可靠度,从多个方面探讨了混凝土收缩和徐变的变异对长期荷载统计不定性构件截面抗力不定性的影响程度,据此采用正常使用极限状态“抗力－ 荷载效应转换摸式”进行了可靠度分析．结果表明：长期荷载作用下水工结构限裂可靠度比一般的建筑结构高;水工混凝土结构构件裂缝计算公式的可靠度原则对不同的构件尚不统一,尤其是轴心受拉构件,公式中的常系数有待改进     

钢闸门主梁可靠度敏感性分析

介绍了自适应重要抽样方法的基本原理,定义了均值敏感性因子和标准差敏感性因子.最后采用算例验证了自适应重要抽样方法分析钢闸门系统可靠度敏感性的有效性.由分析可得以下结论,当不考虑抗力间的相关性时,荷载、受剪破坏抗力和弯剪复合破坏抗力的敏感性因子最大.当考虑抗力间的相关性后,受弯破坏抗力、受剪破坏抗力、弯剪复合破坏抗力的敏感性因子都随抗力间相关系数的增大而明显增大,但是抗力间的相关性对上下翼缘厚度、面板厚度和腹板厚度的敏感性因子基本没有影响.抗力间相关性越高,3种失效模式抗力的敏感性因子间的差别越小.变量的均值敏感性因子和标准差敏感性因子是高度相关的,都可以用来识别最敏感的随机变量.     

拓扑优化机载控制台的整机随机振动分析与试验

机载控制台是飞机电子设备的重要组成部分,随机振动是使其结构失效的主要因素。基于ANSYS Workbench软件平台对某机载控制台所处的实际工作环境进行随机振动模拟分析,分别获得了传统设计、拓扑优化设计下控制台整机方向的位移、等效应力云图;对拓扑优化控制台进行随机振动可靠性试验, 获得了某特征点的随机振动加速度响应曲线。模拟分析和实际可靠性测试结果表明:拓扑优化控制台结构刚度大、动态性能好,满足强度要求,结构设计合理、可靠;所建立的有限元分析模型是合理的,所获得的仿真结果是可信的。这为机载设备的设计提供理论参考。     

我国公路钢桥结构的可靠度校准分析

对公路钢桥结构的作用和抗力进行了统计分析并基于现行公路钢桥规范对其进行了可靠度校准.通过误差分析和现场实测得出了恒载效应的概率分布和统计参数,其中分别考虑了沥青混凝土和水泥混凝土桥面铺装层自重的不同影响.抗力分析中分别就材料性能不定性、材料及构件几何尺寸不定性和结构计算模式不定性进行了计算,从而得出了我国常用的两种桥梁用钢的抗力统计参数.按照现行规范,分别考虑不同作用效应组合、不同汽车运行状态和活载服从不同概率分布类型的情况下,采用JC法对轴拉、轴压、偏心受压、受弯和受剪等5种构件进行了可靠指标校准.最后经综合分析得出了各级结构在脆性破坏和延性破坏下的目标可靠指标建议值.     

T4014C型调音台电源电路的改造

论述了T4014C调音台电源电路失效原因以及用LM338K改进的具体方法,改进后的调音台电源质量和可靠性大大提高,并且其改进经费少,使用方便。     

同时考虑结构系统强度和疲劳的可靠性分析

在以往的结构可靠性分析过程中,结构系统的静载和疲劳载荷失效情况大多是分别考虑的,这与许多实际工程结构(如船舶等结构)是不相符的.根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,研究了结构承载能力的可靠度计算方法.以结构累积损伤和结构初始抗力的形式给出了一个综合结构抗力变化历程的等效抗力,讨论了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对结构系统可靠性的影响;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,并用二阶矩方法计算各失效模式的可靠性指标;然后用PNET法计算结构系统可靠性.算例表明,虽然分别考虑静载或疲劳载荷作用下的结构系统可靠性较高,但综合考虑两种失效状态时,结构系统可靠性却较低.即疲劳累积损伤会降低结构的极限承载能力可靠性.因此,对结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析是必要,是符合工程实际的.     

考虑相关性的数控车床多因素可靠性分配法

以数控车床为研究对象,针对基于子系统间失效独立假设分配模型的不足,提出一种考虑子系统故障相关性的多因素可靠性分配方法.应用Copula理论进行故障相关性分析,建立整机可靠度函数.根据数控车床故障模式、影响及危害性分析(FMECA),对传统危害度计算公式进行修正.考虑多种分配因素建立分配矩阵,得到分配向量.将分配向量与整机可靠度函数模型将结合,得到各子系统失效率分配值.将分配方法应用到具体实例中,并将考虑不同子系统故障相关性情况的结果进行分析对比.结果表明,提出的可靠性分配方法相对于基于独立假设的分配法能够分配给各子系统更高的失效率,在降低数控车床子系统设计制造成本上具有重要意义.     

弯坡路段多模式失效概率与轿车单车事故的关系

为促进可靠性分析(概率几何设计)在公路安全设计及事故预测中的应用,通过建立事故预测模型将轿车多模式失效概率与轿车事故之间建立关系。首先,以多模式失效为切入点,基于单个轿车在弯坡路段可能的3种失效模式(侧滑、侧翻、视距不足)建立多模式失效系统;其次,以华盛顿州10 241起弯坡路段的轿车单车事故为研究对象,通过蒙特卡罗法和宽界限法求解系统的多模式失效概率;最后,将多模式失效概率、公路因素作为解释变量建立负二项模型、随机效应负二项模型、随机参数负二项模型3种事故预测模型,挖掘多模式失效概率与轿车单车事故之间的关系。结果表明：3种事故预测模型中随机参数负二项模型的拟合最优;当考虑多模式失效概率时,公路几何因素对轿车单车事故的影响被削弱;除两个暴露变量外,多模式失效概率对轿车单车事故的影响最大;多模式失效概率与轿车单车事故的拟合曲线近似为线性,且拟合曲线的截距不为0。该研究成果可用于公路的可靠性设计中。     

在静载和疲劳载荷作用下结构系统失效机理与可靠性分析

在结构系统使用过程中,将可能出现多种失效形式,例如静载失效或疲劳失效.根据疲劳载荷造成的累积损伤对结构极限应力的影响,给出了结构构件在基于累积损伤下的构件剩余抗力的表达式,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式,并考虑了该两失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理,给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法.数值算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的.在结构系统主要失效路径中,既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

FRP配筋混凝土结构可靠度设计

从FRP材料性能参数的概率预测到混凝土构件的可靠度分析,回顾了FRP配筋混凝土结构可靠度研究的国内外现状.由回顾可知,目前各个方面的相关研究工作才仍处于起步阶段,许多有关FRP的抗力折减系数和材料强度折减系数大多建立在对混凝土结构设计规范中系数修正的基础上,没有经过严谨的可靠度研究,在工程实践中存在一定的盲目性;有些折减系数过于保守的取值既造成了材料的大量浪费,在某些情况下又不一定能提高构件的可靠度水平;对于脆性材料FRP的引入所带来的潜在危险性的认识还不充分.为了使得研究工作更具有系统性和合理性,研究工作必须在基于概率的设计理论框架中进行,如:建立完整FRP基本力学性能参数统计数据库,分析各种可能失效模式的可靠性,充分考虑多种因素对目标可靠指标取值的影响,发展FRP加固混凝土构件时变可靠度计算方法,研究FRP对加固后体系可靠度的影响以及从可靠度角度控制使用阶段设计,等.     

扣件式钢管模板支撑方案的模糊风险分析模型

为确定经济合理的模板支撑方案,提出了基于可靠度分析和模糊集理论的扣件式钢管模板支撑方案的风险分析模型.利用施工现场调研统计资料,给出了扣件式钢管模板支撑架几何参数的概率模型.针对模板支撑架体系的主要失效模式,运用Monte Carlo数值模拟方法和插值法,计算了模板支撑架的体系可靠度.将模板支撑架体系的失效概率模糊化,建立了以模糊风险损失期望值最小为依据的风险决策模型.并通过对工程算例的风险分析,表明该模型考虑了支模方案中客观存在的众多不确定因素,兼顾了模板支撑架的安全性和经济性,可为支模方案的选择提供科学决策依据.     

少筋砼结构考虑破坏相关性的可靠度分析

考虑少筋砼结构两道防线失效约相关性,本文对少筋砼结构的可靠度作了分析。分析结果表明,考虑相关性的失效概率较不考虑相关性约大6—11倍。因此分析少筋砼结构的可靠性必须考虑两道防线失效的相关性。