预应力混凝土梁桥失效树研究

论文摘要

目前，结构可靠性研究只停留在结构构件的层次，与实际的工程需要不符。而结构体系可靠度理论的应用可以弥补这一缺陷，将结构可靠性的研究拓展到结构体系的层次，有利于提高可靠性研究的科学性。本文首先介绍了结构可靠性分析理论的基本概念，以及桥梁结构可靠度分析中的主要问题，包括可靠度分析中的不确定性，荷载效应及抗力的概率分布和统计特征，荷载效应的分项和组合等；接着介绍结构系统主要失效模式的识别方法和理论，重点阐述了阶段临界强度分枝约界法和全局临界强度分枝约界法，采用基于系统临界强度的约界准则和约界算法，来考虑结构系统的失效演化历程，将柔性控制边界引入失效模式识别过程，由此找出反映结构系统失效历程的失效树图形；最后对系统可靠度计算方法进行了详细的论述，包括失效模式可靠指标的各种计算方法，以及采用微分等价递归算法和Ditlevsen上下界公式估算结构体系的失效概率。基于以上分析方法，本文对一工程实例(某预应力混凝土梁桥)进行可靠性分析。结合有限元程序对结构建模分析的结果，采用系统临界强度分枝约界准则识别结构系统主要失效模式，并建立结构系统失效树图形；运用JC法计算失效树中各主要失效模式的可靠指标，及各主要失效模式间的相关系数，并以Visual Fortran语言编程实现其具体过程；通过Ditlevsen上下界公式计算出结构体系的失效概率，并与目标可靠指标相比较评估结构系统的安全性，最后将结论与工程结构的实际运营状况相比较，得出本文的分析结果与实际情况是相一致的。由此证明，本文的分析方法是可行且有效的，能够为在建或在役桥梁的可靠性评估提供数值上的依据，为今后的桥梁安全性评估工作起到了一定的借鉴作用。并通过对预应力混凝土梁桥进行分析，在一定程度上反映该类型桥梁的结构系统可靠性分析特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究构思和研究内容
• 1.4 本文研究所解决的关键问题和创新点
• 1.5 小结
• 第2章 桥梁结构可靠度分析
• 2.1 引言
• 2.2 结构可靠度理论的基本概念
• 2.2.1 结构的功能要求及函数表达
• 2.2.2 结构的极限状态
• 2.2.3 结构可靠度和可靠指标
• 2.3 桥梁结构可靠度分析
• 2.3.1 结构分析中的不确定性
• 2.3.2 结构构件上作用荷载的概率模型
• 2.3.3 结构构件抗力的统计特征
• 2.3.4 作用效应分项系数及组合系数
• 第3章 结构系统失效模式的识别理论和方法
• 3.1 引言
• 3.2 结构系统失效识别中的主要问题
• 3.2.1 结构系统的失效判断准则
• 3.2.2 结构系统主要失效模式识别的核心问题
• 3.3 识别系统主要失效模式的主要理论和算法
• 3.3.1 广义承力比最大准则
• 3.3.2 优化准则法
• 3.3.3 荷载增量最小准则
• 3.3.4 阶段临界强度分枝约界法
• 3.3.5 全局临界强度分枝约界法
• 第4章 结构体系可靠度计算理论与方法
• 4.1 引言
• 4.2 失效模式极限状态方程的生成
• 4.3 模式失效概率计算的一次二阶矩法
• 4.3.1 中心点法
• 4.3.2 验算点法（JC法）
• 4.4 系统综合失效概率计算
• 4.4.1 系统失效事件和失效概率的表示方法
• 4.4.2 失效概率的微分等价递归算法
• 4.4.3 失效概率的Ditlevsen2阶上下界近似计算
• 4.5 结构系统可靠性分析流程
• 第5章 汉江某公路大桥可靠性鉴定分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 结构失效树分析
• 5.2.1 结构有限元分析
• 5.2.2 建立结构系统失效树模型
• 5.3 主要失效模式的可靠度计算
• 5.3.1 截面承载能力及荷载效应计算
• 5.3.2 主要失效模式的功能函数及统计参数
• 5.3.3 主要失效模式的可靠度计算
• 5.4 结构系统的失效概率计算
• 5.5 计算结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目