基于改进分枝-约界法的连续刚构桥失效模式研究

研究目的:准确搜寻连续刚构桥的失效模式,是准确计算连续刚构桥可靠度的核心任务之一。针对连续刚构桥恒载占比较大,淹没了可变荷载效应,使失效模式在搜寻过程中出现遗漏,以及通过删除失效单元不考虑失效单元恒载引起的内力重分布,造成失效模式与结构实际受力性能不符的情况,提出了更全面反应连续刚构桥失效模式的识别方法。研究结论:对全局临界强度分枝-约界法进行改进,将构件本身恒载效应和失效单元重分布的恒载效应从结构构件有效强度中扣除,建立改进后方法的失效模式搜寻路径;利用两跨连续桥梁有限元模型和某连续刚构桥对改进后的全局临界强度分枝-约界法进行验证。结果表明:改进后的方法得到了连续刚构桥的主要失效模式,失效路径与桥梁实际破坏情况相符,且不会遗漏桥梁结构体系的失效模式。

桥梁结构失效模式搜索的分枝-约界法

对结构整体进行可靠性及风险分析,可以预防桥梁在其生命周期内发生垮塌等灾难性工程事故。目前,普遍认同的分析方法是结构体系可靠度理论,其首要问题是寻找桥梁可能出现的各种失效模式。针对桥梁结构失效模式搜索问题,本文以阶段临界强度分枝-约界法作为搜索准则,以车辆荷载作为主要荷载,介绍了系统极限状态定义、有限元结构建模及拓扑结构变化的实现、失效树遍历法则、最短失效路径集合搜索法则、伪失效模式的修正法则等相关内容,给出了搜索流程的主要步骤及实现方法。最后,将该方法应用于某钢桁架桥具体实例,结果表明:分枝-约界法能够搜索到该桥的主要失效模式,包括对称失效模式及最短失效模式。

全局临界强度分枝-约界法的有效强度改进

目前常用的全局临界强度分枝-约界法在计算有效强度时未考虑构件恒载的内力重分配,当恒载在结构体系总荷载中占比较大时,得到的失效模式可能与结构实际破坏路径不符。针对这一问题,将结构失效单元的恒载视为外荷载施加于相邻结构单元,在考虑构件恒载重分布的基础上,通过简化两端固支梁模型推导剩余结构单元内力和有效强度的计算方法,提出更全面反映结构系统失效模式识别的改进方法,并利用某连续刚构桥对所提方法进行验证。结果表明:改进方法得到的主要失效模式、失效路径与桥梁实际破坏情况相符,且不会遗漏桥梁结构体系的失效模式。

枚举结构系统主要失效模式的一种新方法

本文对优化准则法作了进一步的改进，使其能够考虑内力反向现象并便于计算机自动化处理。本文的新贡献在于：①约界参数的选择不是根据单纯的经验知识，而是有着明确的物理依据。因而其合理性可通过数字推理的方法加以证明；②在一级搜索纵深的条件下，采用本文所提供算法可以严格确保不遗漏结构系统的主要失效模式。

两种导管架海洋平台的系统可靠度分析

针对近海标准导管架平台和滩海单位柱平台这两种钢质导管架平台,将其简化为空间刚架结构,计算构成导管架平台各杆件的可靠度。以传统的微分等价递归算法为基础进行系统可靠性计算,并利用分枝-约界法差别两种平台的主要失效路径。基于上述研究结果,分析了两类导管架平台的失效特征和系统可靠度指标。

考虑拉索抗力衰减及破断的斜拉桥可靠性分析

采用阶段临界强度分枝-约界法对一座斜拉桥模型进行了主要失效模式的搜索,分析了拉索抗力衰减及拉索破断情形下系统主要失效模式和系统可靠度的变化情况.结果表明:未出现断索情形时,结构系统主要失效模式间的相关性很高,但在有拉索破断后,主要失效模式间的相关性出现了明显分组特征;系统可靠度指标随着拉索抗力的衰减而逐渐降低,考虑拉索破断时,外索破断后剩余结构系统可靠度指标降低较多,得到了破断后对剩余结构系统可靠度影响最大的拉索位置,可为斜拉桥结构设计提供参考.

基于双向渐进结构优化法的钢桥系统失效模式识别

准确模拟钢桥系统失效状态,实现结构失效状态的转移是钢桥结构系统主要失效模式识别算法的核心之一。针对钢桥中已屈服的失效杆件在继续强化或卸载情况下可能导致的结构内力重分布现象,以及通过删除失效单元并对失效单元所在节点外施加虚载实现结构拓扑状态转变的简化方法难以精确模拟结构实际受力性能的问题,提出了更全面反映钢材在弹性、屈服、强化、强化后卸载这4个阶段力学性能的受拉弹-塑性材料本构模型,钢材受压时采用考虑屈服应力折减的弹-塑性本构模型,并引入双向渐进结构优化法实现结构分析状态的自动转移;通过应力判断准则确定拉压杆件的弹塑性状态以及是否出现局部卸载现象,在钢桥系统失效模式搜寻过程中完成材料本构模型随单元受力状态的自动转换,直至达到材料极限强度后才予以删除这些杆件。结果表明:该方法充分考虑了钢桥构件间的相互影响关系与结构的内力重分布现象,通过精细化分析与结构状态自动转移,实现钢桥结构系统失效路径的搜寻;结合阶段临界强度分枝-约界法编制的识别钢桥主要失效模式的计算程序,实现了钢桥系统失效树主干和主枝的快速识别和生成,并成功识别出算例钢桁架桥的主要失效模式以及伪失效模式。

输电杆塔结构体系主要失效模式识别的计算程序研发

对大型复杂结构进行体系可靠性分析时,识别结构体系的失效模式是体系可靠性分析的首要核心工作。针对大型复杂结构体系失效模式识别的难点问题,利用ANSYS软件高效的可视化建模及结构有限元分析求解的功能和MATLAB软件强大的科学计算及易与其他程序接口的特点,基于搜寻结构体系主要失效模式的阶段临界强度分枝——约界法的基本原理,编制了适用于输电杆塔结构体系主要失效模式识别的计算程序,并将其成功应用于某实际工程输电杆塔结构体系主要失效模式的搜寻,结果表明,该程序可以准确高效地进行输电杆塔结构体系主要失效模式的识别,为进行输电杆塔结构体系的可靠度分析奠定了基础。