一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁的时变可靠度分析

根据一般大气环境下锈蚀钢筋混凝土梁中的钢筋截面损失时变模型和抗剪、抗弯承载力退化模型,建立了考虑其随机性的极限状态方程。基于概率守恒原理分析得到满足该极限状态方程的概率密度演化方程,并引入吸收边界条件,提出了梁时变可靠度的计算方法。以受对称集中荷载的锈蚀钢筋混凝土简支梁为例,展示了目标函数的概率密度演化过程,并讨论了配置不同直径箍筋和不同厚度保护层时的时变可靠度。结果表明,在保证梁具有足够初始抗剪强度和抗弯强度的前提下,适当增大保护层厚度和箍筋直径(具有相同配箍率)能延缓混凝土构件力学性能的退化。通过和100万次蒙特卡洛模拟结果的对比可知,选用本文方法能在以付出较小计算代价的前提下,获得计算精度良好的分析结果。     

基于概率密度演化方法的随机结构可靠度分析

随机结构反应的概率密度演化方法能够给出随机荷载作用下随机结构反应的概率密度函数。在此基础上,根据给定的正常使用位移限值要求,直接进行积分给出了随机结构的正常使用可靠度及其失效概率。在实例分析中,与一类情况下的精确解答及基于反应正态分布假定的二阶矩方法分析结果进行了比较。研究表明：基于密度演化方法的随机结构可靠度分析具有很高的精度,而二阶矩方法的可靠度分析结果则往往具有一定的偏差,在失效概率较低时可能给出虚假的失效概率。     

基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析

本文提出基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析,通过求解极限状态函数的概率密度演化方程,可以得到响应量的概率密度函数曲线.相比于传统的随机模拟方法,概率密度演化方法考虑了样本点之间的概率联系,因此在求解效率以及精度上都得到大大提高.文中结合上海市轨道交通M6线地铁下程进行了基于概率密度演化方法的可靠度分析,与随机模拟的结果相比表明,基于概率密度演化方法的地下结构可靠度分析方法具有更好的效果.文中还介绍了基于等价极值事件的结构体系可靠度分析方法,并将等价极值事件的基本思想推广到复杂失效准则下地下结构的可靠性分析之中.结果表明此方法可以对地下结构可靠度给出较为准确的评价.     

大气环境下的钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析

为了探究钢筋混凝土桥梁抗力退化对桥梁可靠性能的影响,综合考虑一般大气环境下混凝土强度、钢筋强度、混凝土与钢筋黏结性能的降低,建立普通钢筋混凝土桥梁的抗力退化时变模型,分析规范车辆荷载作用的桥梁时变可靠度。研究结果表明,(1)一般大气环境下,桥梁抗力随着服役时间的增加而减小,其中钢筋强度退化对桥梁抗力的影响最大,其次是钢筋与混凝土黏结性能降低,而混凝土强度退化对桥梁抗力的影响相对较小; (2)桥梁可靠指标随着服役时间的增加而减小,密集行车占比越大,桥梁承载能力失效的概率就越大;非平稳车载作用下的桥梁可靠指标小于平稳车载,桥梁需要维修补强的时间比平稳车载提前; (3)多梁式简支梁桥在建造时应该提高边梁的安全储备,在管养时可以采取限载措施进行干预。     

非平稳随机激励下结构体系动力可靠度时域解法

将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对其进行数值求解,导出了非平稳激励下结构随机响应的时域显式表达式,该过程的计算量仅相当于两次确定性时程分析的计算量. 基于该显式表达式,结合首次超越失效准则,提出了非平稳随机激励下结构体系动力可靠度的数值模拟算法. 与功率谱方法相比,该方法无需同时在时频域内进行大量数值积分,也无需引入关于响应过程跨越界限次数概率分布, 以及各失效模式相关性等方面的假定. 通过数值算例, 对比了该方法与泊松过程法、马尔可夫过程法、传统蒙特卡罗法的计算精度和计算效率,结果显示该方法具有理想的精度和相当高的效率.      

基于概率密度演化理论的LRB隔震支座时变可靠度研究

铅芯橡胶隔震支座LRB （Lead Rubber Bearing）的等效水平刚度是隔震建筑物的重要力学指标,橡胶材料由于其复杂活跃的化学组分,在使用过程中极易发生老化,是LRB支座中随时间变化的活跃因素。考虑铅芯橡胶隔震支座中橡胶材料退化的时变性和随机性,引入时变变异系数。基于概率密度演化方法,得到LRB支座等效水平刚度的概率密度演化曲线和时变可靠度。结果表明,随着时间的增长,支座等效水平刚度产生增大的趋势,支座的可靠度发生非线性降低,老化对支座等效水平刚度的离散性产生了明显的影响。     

一种结构响应预测策略与新可靠度分析方法

工程结构在服役期不可避免地遭受各种不确定因素的侵害,为客观科学地描述不确定因素的影响,可靠度理论得以产生和发展。但传统的可靠度分析方法囿于精度和效率等原因,难以应用于实际工程结构。近年来基于概率守恒原理,概率密度演化理论提出并得到发展。但对复杂的工程结构,效率低下等问题依然有待解决。鉴于此,本文提出两级剖分概率空间的概念,以粗剖分获得的少量代表样本构成训练集,训练Kriging模型;然后细剖分概率空间,通过训练的Kriging模型预测加密样本响应提高分析效率。基于此,结合以概率密度演化理论为基础的物理综合法,提出了一种新的可靠度分析方法。通过对一解析系统和一幢钢筋混凝土框架结构的响应预测与可靠度分析,证明了新提出方法的精度和效率。     

随机荷载作用下随机结构线性反应的概率密度演化分析

提出了随机荷载作用下随机结构线性静力反应的概率密度演化方法.基于力学平衡方程,导出了随机荷载作用下随机结构反应的状态方程,进而引入扩展状态向量,建立了随机荷载作用下的随机结构静力反应的概率密度演化方程,讨论了其差分数值求解技术.进行了八层框架结构在随机荷载作用下的反应的算例分析.在单一随机参数结构的情况下,与随机结构反应的精确解答进行了对比;对于多个随机参数结构随机反应,则与MonteCarlo分析结果进行了比较.研究表明,本文提出的方法具有很高的精度及良好的实用性.     

双轴反复荷载作用下钢筋混凝土空间框架结构滞回全过程分析

实际地震中结构所承受的地震作用是多维的。结构的恢复力特性是反映其抗震性能的一个重要属性。对地震作用下钢筋混凝土柱、梁塑性铰区的计算模型进行了分析,给出了塑性铰区等效长度的简便计算公式;建立了“有限纤维”空间线性梁单元模型并推导出了其刚度矩阵;使用“弥散法”来考虑梁锚固钢筋在结点区的粘结滑移对结构整体变形的影响。最后使用空间杆系模型对一承受双向反复荷载的框架结构进行了计算分析。分析表明所建立的计算模型是精确有效的。     

Buckling reliability evaluation of a clamped beam with random imperfections subjected to axial impact using probability density evolution method

Based on the generalized probability density evolution theory, the joint probability density function of impact responses and random factors, that is, random initial imperfection and load intensity for a clamped beam, is derived. And a Total Variation Diminishing (TVD)-based numerical scheme is employed to obtain the numerical solutions. With given threshold values, the dynamic reliability is assessed in terms of a bilateral displacement criterion. Two numerical examples are then presented to demonstrate the proposed method. One is a clamped beam with random initial perfections subjected to a deterministic impulse load, and another is a clamped beam with a deterministic initial imperfection subjected to impact loading with a random amplitude. The predicted dynamic reliability is in good agreement with the result by Monte Carlo method.     

基于首次穿越时间概率密度的时变可靠性分析

基于时变可靠性性能函数首次穿越时间的概率密度F-PTPD(first-passage time probability density)模型,提出了一种求解机械产品全寿命周期可靠性累计概率密度函数的方法(简称F-PTPD方法),为产品在全寿命周期内可靠性分析和设计提供了工具。首先,采用稀疏网络随机配置方法进行时变可靠性性能函数均值的估计,选取性能函数均值为零的第一个时刻点作为首次穿越点;其次,基于均值的首次穿越点将时变可靠性性能函数进行二阶泰勒展开,利用二次函数的性质求解性能函数首次穿越时间关于随机输入变量的函数;再次,针对首次穿越点函数,采用稀疏网络随机配置方法进行首次穿越时间的四阶原点矩估计;最后,基于四阶原点矩利用最大熵概率密度函数估计方法,推导出首次穿越点的概率分布,获得产品寿命周期内时变可靠性的累计概率密度函数。本文方法可获得产品整个寿命周期失效概率的变化趋势,极大地提高了评估效率,对复杂产品的可靠性评估设计有一定的工程指导意义。     

结构可靠性分析的多项式数值逼近法

提出了工程结构可靠性分析的多项式数值逼近法。它是以多项式{1,x,…,x^n}为基，利用功能函数高阶矩，通过计算功能函数的最佳逼近概率密度函数，然后用工程结构可靠性分析的一般式来计算结构失效概率的可靠性分析新方法。通过理论分布曲线的数值检验和结构构件失效概率的计算，表明工程结构可靠性分析的最佳平方逼近法在理论上的正确性和工程上的实用性。     

Differential-algebraic approach to large deformation analysis of frame structures subjected to dynamic loads

A nonlinear mathematical model for the analysis of large deformation of frame structures with discontinuity conditions and initial displacements, subject to dynamic loads is formulated with arc-coordinates. The differential quadrature element method （DQEM） is then applied to discretize the nonlinear mathematical model in the spatial domain, An effective method is presented to deal with discontinuity conditions of multivariables in the application of DQEM. A set of DQEM discretization equations are obtained, which are a set of nonlinear differential-algebraic equations with singularity in the time domain. This paper also presents a method to solve nonlinear differential-algebra equations. As application, static and dynamical analyses of large deformation of frames and combined frame structures, subjected to concentrated and distributed forces, are presented. The obtained results are compared with those in the literatures. Numerical results show that the proposed method is general, and effective in dealing with disconti- nuity conditions of multi-variables and solving differential-algebraic equations. It requires only a small number of nodes and has low computation complexity with high precision and a good convergence property.     

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。     

结构反应的内蕴相关性与可靠度分析

结构体系可靠度分析迄今是一个困难的问题.本文首先阐明了等价极值事件的概念,指出在对等价极值事件的概率积分过程中内蕴了不同事件之间的相关性信息.进而对这一概念进行推广,针对一般的复杂失效准则下的结构可靠度分析问题,构造相应的等价极值事件,从而将结构可靠度分析问题转化为极值分布的计算与积分问题.通过对结构静力可靠度与动力可靠度的实例分析表明,基于等价极值事件进行结构可靠度分析是可行的.     

最大熵法在可靠度计算中的应用

在可靠度计算中,任意对立随机变量往往为不同概率分布,不利于可靠度计算。通常采用正态转换法将其转换成具有统一形式的正态分布,以便进行可靠度计算。但是,正态转换并不能保证原有随机变量概率分布特性,从而一定程度上造成可靠度计算误差。针对上述问题,本文提出在可靠度计算中利用最大熵法将任意随机变量概率密度函数转换成近似精度更高且具有统一标准形式的最大熵概率密度函数(MEPDF),然后提出对应的一阶可靠度计算方法进行可靠度求解,最后通过实例分析证明该方法的有效性。