基于非概率理論模型的在役RC橋梁可靠性研究.pdf

1、由于傳統(tǒng)的概率可靠性分析方法存在一定的局限性，工程界急需發(fā)展一種信息需求量小、計(jì)算成本較低、結(jié)果偏于保守的結(jié)構(gòu)可靠性分析方法。自上世紀(jì)90年代Ben-Haim和Elishakoff提出非概率可靠性概念，歷經(jīng)10余年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域做了大量的研究工作，使之成為一個(gè)熱門(mén)研究方向。特別是基于區(qū)間模型的非概率可靠性理論，理論上已趨完善，已經(jīng)應(yīng)用于巖土、機(jī)械及航空領(lǐng)域。但由于算法的不足，制約了該理論在工程界的廣泛應(yīng)用?；诖耍疚膶?duì)區(qū)間

2、模型非概率可靠性指標(biāo)的算法進(jìn)行了研究，特別注重與有限元數(shù)值分析相結(jié)合，為非概率可靠性理論的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　 在役橋梁的可靠性評(píng)估一直以來(lái)是學(xué)者和管理部門(mén)關(guān)心的問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有評(píng)估方法的不足，本文將非概率可靠性評(píng)估體系引入到在役橋梁中，實(shí)施了基于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的非概率可靠性評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，完成了在役橋梁的壽命預(yù)測(cè)及階段壽命預(yù)測(cè)。最后，探討了在役橋梁反優(yōu)化研究問(wèn)題，為在役橋梁的維修加固提供技術(shù)支撐，并采用概率

3、與非概率混合分析方法對(duì)在役橋梁進(jìn)行了深入探討。
　　 總之，本文首先解決了非概率可靠性指標(biāo)的算法問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上，將非概率可靠性理論引入到在役橋梁中進(jìn)行運(yùn)用，具體的研究?jī)?nèi)容如下：
　　 （1）針對(duì)目前非概率可靠性指標(biāo)的常規(guī)算法及一維優(yōu)化算法的不足，提出了改進(jìn)一維優(yōu)化算法，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，證明了改進(jìn)一維優(yōu)化算法的有效性及可行性。改進(jìn)一維優(yōu)化算法主要針對(duì)極限狀態(tài)方程明確的非概率可靠性指標(biāo)求解，但當(dāng)極限狀態(tài)方程沒(méi)有解析表達(dá)式時(shí)，

4、則無(wú)法進(jìn)行求解。因此，文章探討了基于有限元的非概率響應(yīng)面法，該方法能有效的求解極限狀態(tài)方程不明確的結(jié)構(gòu)的非概率可靠性指標(biāo)。本文還提出了基于有限元的失效點(diǎn)尋優(yōu)法，該法不需大量的有限元計(jì)算，迭代次數(shù)少，可廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的非概率可靠性評(píng)估。
　　 （2）橋梁是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所含的變量較多，若將每個(gè)變量按區(qū)間變量考慮進(jìn)行非概率可靠性指標(biāo)的求解，其工作量極大，甚至有時(shí)無(wú)法計(jì)算。同時(shí)，若對(duì)橋梁的每個(gè)變量都進(jìn)行測(cè)量，需耗大量的人力和財(cái)力。因

5、此，為非概率可靠性評(píng)估的變量選擇提供依據(jù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)，判斷各參數(shù)的單調(diào)性，為基于有限元的非概率可靠性指標(biāo)的算法提供支撐，本文對(duì)參數(shù)進(jìn)行了靈敏性分析。
　　 （3）將非概率可靠性理論引入到在役橋梁中，分別建立在役橋梁的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的非概率可靠性評(píng)估，并在實(shí)橋中加以運(yùn)用。
　　 （4）綜合考慮混凝土碳化的時(shí)變性、混凝土強(qiáng)度的時(shí)變性、鋼筋銹蝕的時(shí)變性、銹蝕后鋼筋強(qiáng)度的時(shí)變性及汽車人群荷載的時(shí)變性，

6、建立了基于承載能力極限狀態(tài)的動(dòng)態(tài)非概率可靠性模型，并進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。同時(shí)，基于正常使用極限狀態(tài)的裂縫寬度及撓度控制，提出了階段壽命預(yù)測(cè)的概念。最后，對(duì)一實(shí)橋分別進(jìn)行了整體和階段壽命預(yù)測(cè)。
　　 （5）對(duì)在役橋梁的反優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，分別建立了限載及加固方案兩種反優(yōu)化模型，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了所提方法的有效性。概率與非概率相結(jié)合的混合模型將是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向，在總結(jié)現(xiàn)有的混合模型的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的概率-非概率混合模型，并對(duì)一