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1.內(nèi)容摘要 本書是結(jié)構(gòu)可靠度理論在橋梁工程中的應(yīng)用教材,涵蓋了結(jié)構(gòu)可靠度理論、橋梁工程、有限元分析等多個(gè)方面內(nèi)容,是作者多年來研究成果的總結(jié)。本書共計(jì)9章,分別以連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?,系統(tǒng)地講解了考慮橋梁工程中受隨機(jī)變量影響的體系可靠度、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)力可靠度、疲勞可靠度等內(nèi)容。 2.前言 隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建造技術(shù)的不斷進(jìn)步,我國橋梁建設(shè)得到了迅速發(fā)展,同時(shí)也面臨著確保結(jié)構(gòu)安全的重要任務(wù)。公路橋梁在生命周期內(nèi)的可靠性受到諸多不確定性因素的影響,包括結(jié)構(gòu)參數(shù)(材料彈性模量、材料強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸等)、可變作用(車輛荷載、風(fēng)荷載、溫度作用等)、偶然作用(地震荷載)等隨機(jī)性。準(zhǔn)確地分析不確定性因素對(duì)橋梁安全狀態(tài)的影響規(guī)律,有助于評(píng)估橋梁生命周期內(nèi)的安全水平。 《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T
50283—1999)全面引入了結(jié)構(gòu)可靠性理論,此后,《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60—2004)將該理論落實(shí)到橋梁工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中??梢钥闯?,由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法向概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法的轉(zhuǎn)變勢(shì)在必行。與經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)設(shè)計(jì)法相比,概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ),以隨機(jī)變量的方式考慮結(jié)構(gòu)不確定性因素對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響,通過計(jì)算結(jié)構(gòu)的失效概率來評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全水平。針對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用結(jié)構(gòu)可靠度理論可實(shí)現(xiàn)不同的分析目的。例如:針對(duì)超靜定橋梁結(jié)構(gòu),可采用結(jié)構(gòu)體系可靠度方法;針對(duì)橋梁動(dòng)力分析,可采用動(dòng)力可靠度準(zhǔn)則;針對(duì)橋梁的疲勞問題,可采用疲勞可靠度分析方法;針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,可采用可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 作者多年來一直從事橋梁工程建設(shè)與結(jié)構(gòu)可靠度研究工作。本書是作者多年來在此研究領(lǐng)域的工作總結(jié),希望能對(duì)從事結(jié)構(gòu)可靠度研究與橋梁安全評(píng)估的同行們有所幫助。本書得到了江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(CE03—2—41)、國家“973”項(xiàng)目(2015CB057705)、中國博士后科學(xué)基金資助(2015M580383)、江蘇省博士后科研基金(1501045B)、東南大學(xué)博士后創(chuàng)新人才培養(yǎng)資助基金的資助,在此表示感謝!希望廣大讀者多多批評(píng)指正,反饋修改意見,在此深表謝意!魯乃唯 東南大學(xué)土木工程學(xué)院 2016年3月 3.目錄 前言 第一章緒論1 11工程結(jié)構(gòu)可靠性概述1 111不確定性1 112隨機(jī)變量與隨機(jī)過程2 113可靠度與失效概率4 12工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的演變6 121容許應(yīng)力法7 122半概率設(shè)計(jì)法7 123近似概率極限狀態(tài)法8 13橋梁結(jié)構(gòu)可靠度研究方向9 131一般構(gòu)件可靠度9 132體系可靠度9 133動(dòng)力可靠度9 134耐久可靠度10 14本書主要內(nèi)容10 參考文獻(xiàn)11 第二章結(jié)構(gòu)可靠度分析的基本理論與方法13 21一次二階矩法13 211中心點(diǎn)法13 212驗(yàn)算點(diǎn)法14 22Monte Carlo抽樣方法17 221直接抽樣法17 222重要抽樣法18 223方向抽樣法19 23響應(yīng)面法20 231響應(yīng)面法基本原理20 232改進(jìn)的二次序列響應(yīng)面法21 233算例分析22 24本章小結(jié)25 參考文獻(xiàn)25 第三章橋梁結(jié)構(gòu)靜力可靠度分析的智能算法27 31工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)擬合方法27 311二次序列響應(yīng)面方法27 312神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法29 313支持向量回歸方法30 32工程結(jié)構(gòu)可靠度分析的聯(lián)合智能算法31 321聯(lián)合智能算法流程31 322分析軟件33 323軟件操作說明35 33算例分析36 331算例1:顯式功能函數(shù)36 332Brotonne 斜拉橋簡化結(jié)構(gòu)37 34工程實(shí)例39 341連續(xù)剛構(gòu)橋39 342斜拉橋42 35本章小結(jié)47 參考文獻(xiàn)47 第四章橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法48 41橋梁結(jié)構(gòu)體系的簡化模型48 411橋梁結(jié)構(gòu)簡化措施49 412兩個(gè)基本模型49 413多種失效模式的數(shù)學(xué)模型51 414結(jié)構(gòu)體系失效模型51 42結(jié)構(gòu)體系可靠度的基本分析方法52 421失效概率的限界估計(jì)52 422失效概率的近似計(jì)算54 423失效模式識(shí)別55 43基于更新支持向量的結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法56 431SVR模型更新思路57 432SVR模型的兩次更新58 44算例分析59 441懸吊結(jié)構(gòu)59 442桁架橋梁61 443混凝土斜拉橋63 45本章小結(jié)68 參考文獻(xiàn)68 第五章橋梁結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)70 5.1結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法70 5.1.1現(xiàn)有方法綜述70 5.1.2基于遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性優(yōu)化方法71 5.1.3構(gòu)件失效概率計(jì)算76 5.2經(jīng)典十桿桁架算例76 5.2.1算例介紹76 5.2.2優(yōu)化結(jié)果分析78 5.3工程實(shí)例79 5.3.1鋼桁梁簡介79 5.3.2鋼桁梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的體系可靠性分析80 5.3.3參數(shù)分析81 5.4本章小結(jié)84 參考文獻(xiàn)85 第六章基于隨機(jī)車流的橋梁動(dòng)力響應(yīng)首超概率模型86 6.1研究現(xiàn)狀87 6.1.1公路橋梁車輛荷載模型87 6.1.2車橋動(dòng)力響應(yīng)87 6.1.3橋梁動(dòng)力可靠度評(píng)估88 6.2隨機(jī)車流模型89 6.2.1基于WIM的車輛統(tǒng)計(jì)分析89 6.2.2隨機(jī)車流模擬96 6.3基于首超準(zhǔn)則的動(dòng)力可靠度理論99 6.3.1首次超越破壞準(zhǔn)則99 6.3.2Possion假定100 6.3.3Markov假定101 6.4隨機(jī)車流下橋梁的動(dòng)力響應(yīng)概率分析方法103 6.4.1車橋耦合振動(dòng)理論與分析方法103 6.4.2車橋耦合系統(tǒng)的有限元簡化分析方法106 6.4.3橋梁動(dòng)力響應(yīng)概率分析110 6.4.4極值概率模型112 6.5本章小結(jié)113 參考文獻(xiàn)114 第七章車載下大跨度懸索橋的動(dòng)力可靠度評(píng)估117 7.1工程背景117 7.1.1某懸索橋簡介117 7.1.2有限元模型118 7.2車載下加勁梁的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值分析123 7.2.1單車作用123 7.2.2隨機(jī)車流作用126 7.3概率統(tǒng)計(jì)分析127 7.3.1隨機(jī)過程特征127 7.3.2基于Rice公式的荷載效應(yīng)極值預(yù)測(cè)130 7.4動(dòng)力可靠度分析133 7.4.1首超可靠度計(jì)算133 7.4.2參數(shù)分析135 7.5本章小結(jié)141 參考文獻(xiàn)142 第八章公路鋼橋疲勞損傷概率模型143 8.1車載下鋼橋疲勞損傷數(shù)學(xué)模型143 8.1.1鋼橋疲勞損傷分析方法143 8.1.2SN曲線與線性累積損傷準(zhǔn)則145 8.1.3疲勞應(yīng)力提取方法146 8.2疲勞強(qiáng)度曲線147 8.2.1英國BS5400規(guī)范147 8.2.2美國AASHTO規(guī)范149 8.2.3歐洲Eurocode 3規(guī)范150 8.2.4中國鐵路鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范150 8.2.5鋼橋面板的SN曲線151 8.3鋼橋疲勞應(yīng)力數(shù)值模擬方法152 8.3.1基于有限元的結(jié)構(gòu)疲勞應(yīng)力分析方法152 8.3.2一種鋼橋疲勞損傷概率建模方法157 8.4工程實(shí)例162 8.4.1工程背景162 8.4.2不同車型作用下疲勞應(yīng)力分析163 8.4.3鋼箱梁細(xì)節(jié)疲勞應(yīng)力的概率模型169 8.4.4鋼箱梁細(xì)節(jié)疲勞損傷的概率模型171 8.4.5隨機(jī)車流作用下南溪長江大橋的等效疲勞應(yīng)力173 8.5本章小結(jié)175 參考文獻(xiàn)175 第九章隨機(jī)車流下鋼橋面板焊接細(xì)節(jié)疲勞可靠度評(píng)估178 9.1車載下鋼橋面板細(xì)節(jié)疲勞可靠度分析基礎(chǔ)178 9.1.1功能函數(shù)179 9.1.2隨機(jī)變量的概率特征180 9.1.3可靠指標(biāo)計(jì)算方法181 9.2隨機(jī)車流下南溪長江大橋鋼箱梁的細(xì)節(jié)疲勞可靠度分析182 9.2.1不考慮交通量和車重增加182 9.2.2僅考慮交通量增長183 9.2.3僅考慮車重增長185 9.2.4考慮預(yù)測(cè)交通量186 9.3目標(biāo)可靠指標(biāo)下鋼箱梁細(xì)節(jié)的疲勞壽命評(píng)估188 9.3.1疲勞目標(biāo)可靠指標(biāo)的選取188 9.3.2鋼箱梁細(xì)節(jié)疲勞壽命188 9.4本章小結(jié)190 參考文獻(xiàn)190 |
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