考慮失效模式和驗(yàn)證模式相關(guān)性的橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度分析.pdf

1、在役橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中經(jīng)歷了大量的車輛荷載及環(huán)境荷載，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，可以得到結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)信息(應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等)。而橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，積累了大量的健康監(jiān)測(cè)信息，怎樣利用這些監(jiān)測(cè)信息對(duì)結(jié)構(gòu)體系的時(shí)變可靠度進(jìn)行合理的修正和預(yù)測(cè)分析已成為橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的瓶頸問(wèn)題之一。本文主要基于歷史和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的荷載效應(yīng)信息，采用Copula理論和貝葉斯動(dòng)態(tài)模型(BDMs)理論，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的時(shí)變可靠度修正和預(yù)測(cè)分

2、析進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)針對(duì)具有多個(gè)相關(guān)失效模式的二元結(jié)構(gòu)體系和多元結(jié)構(gòu)體系，采用貝葉斯Copula建模方法，選出最優(yōu)Copula函數(shù)構(gòu)造混合Copula函數(shù)，得到串聯(lián)體系、并聯(lián)體系、串-并聯(lián)體系以及并-串聯(lián)體系時(shí)不變可靠度的Copula函數(shù)表達(dá)式，通過(guò)算例分析表明：考慮失效模式相關(guān)性計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)體系失效概率比不考慮失效模式相關(guān)性所得的體系失效概率偏大，說(shuō)明不考慮失效模式相關(guān)性的體系可靠度計(jì)算結(jié)果偏于保

3、守。
　　(2)基于歷史荷載效應(yīng)信息，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力概率模型進(jìn)行修正分析；基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的荷載效應(yīng)信息，采用組合BDMs對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；基于修正的抗力信息和預(yù)測(cè)的荷載效應(yīng)信息，采用一次二階矩方法(FOSM)對(duì)橋梁構(gòu)件的可靠度進(jìn)行修正預(yù)測(cè)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系可靠度的修正預(yù)測(cè)分析。通過(guò)實(shí)橋分析表明：基于實(shí)測(cè)信息，預(yù)測(cè)模型修正之后所得的可靠指標(biāo)均比修正之前預(yù)測(cè)的可靠指標(biāo)大，說(shuō)明修正之前預(yù)測(cè)模型所得的可靠指標(biāo)偏于保守。

4、
　　(3)考慮到由于共同輸入時(shí)變隨機(jī)變量引起的輸出時(shí)變變量之間存在著時(shí)變非線性相關(guān)性，引入貝葉斯動(dòng)態(tài)模型(BDMs)，建立了輸出效應(yīng)的預(yù)測(cè)模型以及輸出效應(yīng)之間的時(shí)變相關(guān)系數(shù)模型。結(jié)合 Gaussian Copula理論，建立了Gaussian Copula-BDMs模型，該模型可以考慮時(shí)變輸出變量之間的時(shí)變非線性相關(guān)性，因而能夠更合理地對(duì)結(jié)構(gòu)的時(shí)變可靠度進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)橋分析表明：基于Gaussian Copula-BDMs模型

5、預(yù)測(cè)得到的時(shí)變可靠指標(biāo)均比不考慮構(gòu)件失效模式時(shí)變相關(guān)性所得的值偏小，從而說(shuō)明體系可靠度分析考慮失效模式相關(guān)性的必要性。
　　(4)基于采集的日常荷載效應(yīng)信息，定義了構(gòu)件的時(shí)變驗(yàn)證荷載效應(yīng)；基于驗(yàn)證荷載效應(yīng)信息，建立了構(gòu)件的時(shí)變驗(yàn)證模式及對(duì)應(yīng)的時(shí)變功能函數(shù)；基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，建立了貝葉斯動(dòng)態(tài)模型(BDMs)對(duì)構(gòu)件荷載效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效模式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的時(shí)變失效模式與時(shí)變驗(yàn)證模式之間存在時(shí)變近似線性相關(guān)性，基于構(gòu)件失