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考虑温度荷载的矩形渡槽槽身结构时变可靠度分析研究

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考虑温度荷载的矩形渡槽槽身结构时变可靠度分析研究

作者：杨霖西北农林科技大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土渡槽作为一种高效的跨域河谷、道路的输水结构,对于均衡国家水资源配置具有重要战略意义。渡槽运行中受到水荷载、冻融、温差、环境侵蚀性介质等影响,无论是混凝土还是钢筋都处于劣化趋势,其安全性随时间逐渐降低。可靠度分... 详细信息

钢筋混凝土渡槽作为一种高效的跨域河谷、道路的输水结构,对于均衡国家水资源配置具有重要战略意义。渡槽运行中受到水荷载、冻融、温差、环境侵蚀性介质等影响,无论是混凝土还是钢筋都处于劣化趋势,其安全性随时间逐渐降低。可靠度分析法是目前结构安全评价的重要方法之一,也是现行结构设计规范制定的理论基础。开展薄壁渡槽槽身时变可靠度分析成为渡槽科学评价和加固的基础。本学位论文主要考虑自然环境下大温差环境作用,通过引入时间离散法与Copula理论,分别计算矩形渡槽槽身结构时变可靠度和体系可靠度并作系统分析,为矩形槽身结构安全性评价和寿命预测奠定基础。本学位论文的主要工作及结论如下:(1)给出现行规范关于水工结构承载力与正常使用极限状态目标可靠度的相关规定要求,确定了设计和安全性评价标准,并介绍时间离散法基本原理和功能函数。基于三种方法编写MATLAB计算程序,以Monte Carlo法计算为近似精确解,用以分析对比“动态”可靠度法与时间离散法的计算精度。以槽身结构侧墙承载力时变可靠度计算为例分析计算。结果表明:在设计服役寿命内,“动态”可靠度法最大误差大于时间离散法近2倍,且在服役后期,时间离散法对于结构安全性评价的结果更加保守,突出了时间离散法对渡槽可靠度计算和安全评价的适用性,同时证实“动态”可靠度法存在精度较低的不足。(2)基于渡槽结构设计要求,建立了有无拉杆两种截面形式下的矩形槽身结构纵横两向四部位承载力和抗裂功能函数,并结合时间离散法功能函数,得到基于时间离散法的矩形槽身结构时变可靠度计算模型。基于典型工程渡槽,分别计算了有无拉杆的两种槽身截面形式下渡槽时变可靠度。再以槽身承载力极限状态为研究对象,分析了钢筋锈蚀开始时间对矩形槽身结构时变可靠度影响。结果表明:有无拉杆槽身的承载力与抗裂时变可靠度变化规律均相似。控制状态显然均为纵向承载力,在钢筋和混凝土强度的衰减的双重影响下,纵向承载力时变可靠度在服役后期衰减速度增快。有拉杆的底板跨中部位和无拉杆纵向部位抗裂时变可靠度相对较高。整体来看,各部位均为在服役期内均未低于目标可靠度,表明结构抗裂安全冗余较高。另外,钢筋起锈时间的延后与结构预测寿命同步。30年起锈工况下,预测使用寿命为60年左右,35年起锈工况时为65年后,而40年起锈工况时则为70年后。因此,适当延长钢筋锈蚀开始时间,对结构安全性和寿命保障至关重要。(3)以无顶板矩形槽身结构为基本研究对象,考虑渡槽结构受力及钢筋混凝土结构承载力和正常使用极限状态性质,认为负温度工况对槽身而言是更加危险的情况,并仅对槽身正常使用极限状态有影响。以本团队最新关于矩形渡槽温度梯度模式分布研究成果为基础,通过结构力学法计算得到:纵向温度自应力沿竖向的分布情况整体呈现为两端受拉中间受压,发现槽身最大温度自应力出现在侧墙顶部处,均值达到了3.222MPa,底板处的最大拉应力均值为2.535MPa。叠加温度应力后,横向三部位抗裂可靠度均出现迅速衰减,且衰减速率随时间增大。(4)结合Copula理论,建立了基于Copula函数的结构体系时变可靠度计算模型,给出了矩形槽身结构体系时变可靠度计算流程。考虑结构纵向、侧墙、底板端部和底板跨中四部位承载力极限状态边缘分布,分析二元相关性,得到矩形渡槽槽身结构串联体系联合失效概率和时变可靠度,并与常用的宽、窄界限法结果对比。结果表明:槽身纵向与横向三部位的相关性均极低,可以认为槽身纵向承载力与其它部位的承载力相互独立,互不影响。槽身侧墙与底板跨中间的相关性略高于纵向与其他部位的组合。本文方法的计算结果精确落在宽界限内,但与窄界限法相近,结果偏保守,方法具有一定的适用性。结构体系时变可靠度的控制失效模式,包括各单一失效模式以及侧墙与底板跨中的联合失效模式。

关键词：矩形槽身时变可靠度温度应力时间离散法 Copula函数

求解Hamilton──Jacobi方程的Runge──Kutta型TVB时间离散方法

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哈尔滨师范大学自然科学学报 1997年第4期13卷 4-8页

作者：么焕民黄文琦王盛海哈尔滨师范大学黑龙江大学伊春分校

TVD、TVB及ENO格式问世以来得到了广泛的应用[1,2,3],目前求解双曲线型守恒律方程的构造高阶精度无振荡差分格式的途径正方兴未艾。本文根据[1]的思想，给出一种求解Hamilton－Jacobi方程的Runge-Kutta型TVB时间离散方法，并在理论上证... 详细信息

TVD、TVB及ENO格式问世以来得到了广泛的应用[1,2,3],目前求解双曲线型守恒律方程的构造高阶精度无振荡差分格式的途径正方兴未艾。本文根据[1]的思想，给出一种求解Hamilton－Jacobi方程的Runge-Kutta型TVB时间离散方法，并在理论上证明了如此构造的格式在保持TVB性质下应满足的条件。

关键词： H-J方程 TVB 时间离散法双曲型守恒律方程

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基于模糊控制的碰撞干涉检测优化算法

计算机集成制造系统-CIMS 2004年第3期10卷 307-311页

作者：施笑畏贺文锐何卫平飞利浦上海研发中心上海200070 西北工业大学机电工程学院陕西西安710072

分析了现有几何干涉检测算法,在时间离散法的基础上提出了一个基于模糊逻辑控制的碰撞干涉检测优化算法。根据几何与运动因素的复杂性分析及其指标估计,建立了复杂形体的几何简化模型,引入时间间隔放大因子来动态调节检测时间片长度,并... 详细信息

分析了现有几何干涉检测算法,在时间离散法的基础上提出了一个基于模糊逻辑控制的碰撞干涉检测优化算法。根据几何与运动因素的复杂性分析及其指标估计,建立了复杂形体的几何简化模型,引入时间间隔放大因子来动态调节检测时间片长度,并设计了时间间隔放大因子的模糊控制算法。最后,通过在数控弯管机仿真系统中的应用,验证了该算法的有效性。

关键词：碰撞干涉检测优化算法模糊控制模糊逻辑控制空间几何体时间离散法

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基于时变可靠指标的桥梁剩余寿命预测

城市道桥与防洪 2011年第11期 60-63,150页

作者：刘燕如王寓喆孙艺利西安中交公路岩土工程有限责任公司陕西西安710075 陕西省宝鸡市公路管理处陕西宝鸡721000 长安大学陕西西安710064

桥梁结构剩余寿命的预测对结构的安全使用具有重要指导意义。服役桥梁结构的抗力随时间逐渐退化,车辆荷载也是随时间变化的随机变量。本文采用时间离散法计算结构时变可靠指标,进而推知结构的剩余寿命。

关键词：桥梁剩余寿命时间离散法时变可靠度