考虑抗力非平稳劣化和荷载相关性的桥梁可靠性分析

桥梁结构在服役期间受到环境侵蚀和均值增大的相关荷载作用,承载力降低,安全状况不容乐观。为了准确评估服役桥梁在剩余使用寿命内的安全性能,需要考虑结构抗力劣化的非平稳特性以及荷载的时间相关性。该文基于时变可靠度理论,采用Gamma分布描述结构抗力的非平稳劣化过程,并用二维联合分布函数表示相邻荷载的相关性,基于贝叶斯原理,提出了计算公式,并采用蒙特卡洛模拟(MCS)对计算结果进行了验证。对四川省某钢筋混凝土简支梁桥的时变可靠度分析结果表明:在单次条件概率分子的二重积分结果大于0.7时,公式计算结果与MCS结果接近,证明了其正确性;Gamma劣化过程的尺度参数越大,荷载的时间相关性越弱,结构失效概率越大;当作用于结构的车辆荷载年均增长率超过2%时,桥梁在30年内失效的概率较大,需要对结构进行定期监测、养护和维修。

双子塔气动力及其相关性对间距的敏感度研究

超高层双子塔的气动干扰和荷载相关性是描述其风荷载并进行抗风优化的重要参数,而双塔之间的间距对这两个特性有重要影响。利用同步测压的风洞试验方法,确定不同风向下双子塔上的风荷载与双塔相邻间距大小之间的函数关系,之后借助相关系数和相干函数分别在时域和频域中研究了不同间距下风荷载的相关性。结果表明:在大多数情况下,随着双塔之间间距的减小,每个塔上的风荷载尤其是横风向脉动荷载趋于减小;双塔横风向脉动荷载在多个间距下表现为负相关关系,该负相关性在双塔沿风向前后排列时更为明显。所得研究结果揭示了间距的选取在双子塔抗风优化中的重要作用,并对连体的设计具有指导意义。

荷载水平和孔隙比对土次压缩性质影响研究

开展砂土和黏土的次压缩试验,比较了砂土和黏土的次压缩性质,分析了土的次压缩系数与荷载水平和孔隙比之间的关系。研究结果表明,土的次压缩性质不仅与荷载水平有关,还与孔隙比密切相关。相同荷载水平条件下,孔隙比越大,次压缩系数越高。此外,通过次压缩系数-荷载-孔隙比的一般关系解释了荷载水平、应力历史和超载预压对土次压缩性质的影响。

荷载随机过程相关性对结构时变可靠度的影响

荷载随机过程具有明显的相关性,但在现有研究中被假设为独立无相关的过程,这会导致分析结果不准确。该文基于Monte Carlo数值模拟的方法讨论了荷载过程相关性对结构时变可靠度的影响。模拟中,荷载事件的随机性通过Poisson过程进行描述,其大小服从正态分布;荷载相关性在时间域上的变化用指数衰减模型描述。为了克服荷载相关性模拟的困难,该文给出了简化的荷载过程模拟方法。该方法仅涉及简单的代数运算,应用简便,结果准确。研究发现:若不考虑荷载过程相关性,会低估结构的可靠度;并且,荷载过程相关性越大,低估的效果越明显。