基于信息更新的混凝土结构性能预测和可靠性管理

论文摘要

混凝土结构物在长期使用过程中,在内部与外部、人为或自然因素作用下,性能将随着时间的发展发生退化。对于具体结构,特别是高坝大桥一类的重大结构,必须考虑结构性能退化对结构安全性和可靠性的影响,针对结构生命周期进行包括结构性能退化预测、可靠性分析、检修决策分析在内的系统分析。这样的系统分析框架,被称为结构生命周期的可靠性管理（Life-cycle Reliability Management）。本文提出了一套基于信息更新思路的混凝土结构生命周期可靠性管理的框架,从结构性能预测、结构可靠性分析、结构检修决策分析三方面开展了探索性的工作:1、在结构性能的预测方面,深入总结和分析结构性能预测的两种信息基础,主张基于信息更新思路进行结构性能预测。对信息更新思路的实现工具即Bayes方法在结构性能预测中的应用进行了深入研究。特别的,针对结构生命周期是一个过程的特点,在Bayes动态线性模型（DLM）理论的基础上,建立结构性能的Bayes动态预测模型。针对结构性能退化的特点,设计了简便易用的模型结构,规定了模型参数的定义办法。提出状态指标评估结构性能,使Bayes动态预测模型具备更好的应用基础。大量案例研究证实了信息更新思路在结构性能预测中的可行性和优越性。2、在结构生命周期的可靠性分析方面,对两种可靠度（指标）即时变可靠度和时点可靠度指标进行分析比较,明确了二者的概念和应用范围,认为结构的可靠性管理可以采用二者结合的办法。对可靠度分析的作用过程模型和参数取值、目标可靠度指标取值等关键问题进行了理论研究和案例分析。对数论方法在可靠度分析中的应用进行了研究,形成一套高效准确的时变可靠度计算方法。3、在结构检修决策分析方面,基于信息更新思路和Bayes决策理论,对检修决策分析的目标、原则、流程进行了研究。基于结构可靠度分析对费用分析、安全控制等关键问题提出了具体的操作方案,并给出了算例。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 结构可靠性设计、评估和管理
• 1.2.2 混凝土结构性能退化模型
• 1.2.3 信息更新思路的提倡和实践
• 1.3 本文工作内容
• 1.4 研究范围和基本假定
• 第2章 结构性能的BAYES 动态预测
• 2.1 研究背景
• 2.2 混凝土结构性能预测的信息基础
• 2.2.1 混凝土结构性能退化的机理和模型
• 2.2.2 混凝土结构的检测信息
• 2.3 混凝土结构性能的时变模型
• 2.3.1 混凝土结构性能的描述
• 2.3.2 混凝土结构性能退化的随机模拟
• 2.3.3 混凝土结构性能的随机过程模型
• 2.4 结构性能预测的信息更新思路与BAYES方法
• 2.4.1 信息更新思路
• 2.4.2 BAYES 方法
• 2.4.3 计算实例
• 2.5 基于BAYES动态模型的结构性能预测
• 2.5.1 BAYES 动态模型理论
• 2.5.2 模型结构及关键参数的确定
• 2.5.3 计算实例
• 2.6 小结
• 第3章 结构的可靠性分析
• 3.1 研究背景
• 3.2 可靠度（指标）的定义
• 3.2.1 时点可靠度指标
• 3.2.2 时变可靠度
• 3.2.3 两种可靠度（指标）的比较
• 3.3 数论方法在可靠度计算中的应用
• 3.3.1 统计中的数论方法
• 3.3.2 数论点集的产生
• 3.3.3 数论模拟方法用于时变可靠度分析
• 3.3.4 算例
• 3.4 作用过程模型及其参数取值
• 3.4.1 时变可靠度分析的作用过程模型
• 3.4.2 时点可靠度分析的作用取值
• 3.5 目标可靠度指标
• 3.6 信息更新对可靠度分析的影响
• 3.7 小结
• 第4章 结构检修决策分析
• 4.1 决策分析的目标和原则
• 4.2 决策分析的不同层次
• 4.2.1 保证结构可靠性或使用寿命符合要求
• 4.2.2 对结构生命周期费用进行优化
• 4.3 基于BAYES决策分析的结构检修决策
• 4.3.1 先验分析和后验分析
• 4.3.2 预后验分析
• 4.3.3 结构检修决策框架
• 4.4 计算实例
• 4.4.1 维修决策
• 4.4.2 检测决策
• 4.5 小结和讨论
• 第5章 程序实现和工程实例
• 5.1 概述
• 5.2 程序实现
• 5.3 工程实例
• 5.3.1 验证信息更新思路在结构性能预测中的优越性
• 5.3.2 信息更新对结构寿命评估和检修决策的影响
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果