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

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1、博士學(xué)位論文考慮失效模式和驗證模式相關(guān)性的橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度分析SYSTEMRELIABILITYANALYSISOFBRIDGESTRUCTURESCONSIDERINGCORRELATIONOFFAILUREMODESANDPROOFMODES哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年5月國內(nèi)圖書分類號：TU311.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：624.4密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文考慮失效模式和驗證模式相關(guān)性的橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度分析博士研究生：劉月飛導(dǎo)師：王光遠院士副導(dǎo)師：呂大剛教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：工程力學(xué)所在單位：土木工程學(xué)院答辯日

2、期：2015年05月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TU311.2U.D.C:624.4DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSYSTEMRELIABILITYANALYSISOFBRIDGESTRUCTURESCONSIDERINGCORRELATIONOFFAILUREMODESANDPROOFMODESCandidate：LiuYuefeiSupervisor：AcademicianWangGuangyuanAssociateSupervisor：Pr

3、of.LuDagangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：May,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在役橋梁結(jié)構(gòu)在長期服役過程中經(jīng)歷了大量的車輛荷載及環(huán)境荷載，通過對橋梁結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測，可以得到結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)信息(應(yīng)力、應(yīng)變、撓度

4、等)。而橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在長期的運營過程中，積累了大量的健康監(jiān)測信息，怎樣利用這些監(jiān)測信息對結(jié)構(gòu)體系的時變可靠度進行合理的修正和預(yù)測分析已成為橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域的瓶頸問題之一。本文主要基于歷史和實時監(jiān)測的荷載效應(yīng)信息，采用Copula理論和貝葉斯動態(tài)模型(BDMs)理論，對結(jié)構(gòu)體系的時變可靠度修正和預(yù)測分析進行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容如下：(1)針對具有多個相關(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

5、不變可靠度的Copula函數(shù)表達式，通過算例分析表明：考慮失效模式相關(guān)性計算所得的結(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，說明不考慮失效模式相關(guān)性的體系可靠度計算結(jié)果偏于保守。(2)基于歷史荷載效應(yīng)信息，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力概率模型進行修正分析；基于實時監(jiān)測的荷載效應(yīng)信息，采用組合BDMs對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)進行預(yù)測分析；基于修正的抗力信息和預(yù)測的荷載效應(yīng)信息，采用一次二階矩方法(FOSM)對橋梁構(gòu)件的可靠度進行修正預(yù)測分析，進而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系可靠度的修正預(yù)測分析。通過實橋分析表明：基于實測信息，預(yù)測模型修正之后所得的可

6、靠指標均比修正之前預(yù)測的可靠指標大，說明修正之前預(yù)測模型所得的可靠指標偏于保守。(3)考慮到由于共同輸入時變隨機變量引起的輸出時變變量之間存在著時變非線性相關(guān)性，引入貝葉斯動態(tài)模型(BDMs)，建立了輸出效應(yīng)的預(yù)測模型以及輸出效應(yīng)之間的時變相關(guān)系數(shù)模型。結(jié)合GaussianCopula理論，建立了GaussianCopula-BDMs模型，該模型可以考慮時變輸出變量之間的時變非線性相關(guān)性，因而能夠更合理地對結(jié)構(gòu)的時變可靠度進行分析。通過實橋分析表明：基于GaussianCopula-BDMs模型預(yù)測得到的時變可靠指標均比不考慮構(gòu)件失效模

7、式時變相關(guān)性所得的值偏小，從而說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)件的時變驗證荷載效應(yīng)；基于驗證荷載效應(yīng)信息，建立了構(gòu)件的時變驗證模式及對應(yīng)的時變功能函數(shù)；基于實時監(jiān)測信息，建立了貝葉斯動態(tài)模型(BDMs)對構(gòu)件荷載效應(yīng)進行預(yù)測分-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文析。考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效模式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的時變失效模式與時變驗證模式之間存在時變近似線性相關(guān)性，基于構(gòu)件失效模式和驗證模式對應(yīng)的時變功能函數(shù)以及時變近似線性相關(guān)系數(shù)，采用條件概率法和Copula理論，對結(jié)構(gòu)體系的可靠度進行了合

8、理的修正和預(yù)測分析。通過實橋分析表明：考慮構(gòu)件失效模式和驗證模式相關(guān)性預(yù)測得到的可靠指標比不考慮構(gòu)件失效模式和驗證模式相關(guān)性預(yù)測得到的值偏大，驗證了考慮構(gòu)件失效模式和驗證模式相關(guān)性的合理性和必要性。關(guān)鍵詞：