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1.内容摘要 本书是结构可靠度理论在桥梁工程中的应用教材，涵盖了结构可靠度理论、桥梁工程、有限元分析等多个方面内容，是作者多年来研究成果的总结。本书共计9章，分别以连续刚构桥、斜拉桥、悬索桥为工程背景，系统地讲解了考虑桥梁工程中受随机变量影响的体系可靠度、可靠性优化设计、动力可靠度、疲劳可靠度等内容。 2.前言 随着全球经济的迅速发展和建造技术的不断进步，我国桥梁建设得到了迅速发展，同时也面临着确保结构安全的重要任务。公路桥梁在生命周期内的可靠性受到诸多不确定性因素的影响，包括结构参数(材料弹性模量、材料强度、构件尺寸等)、可变作用(车辆荷载、风荷载、温度作用等)、偶然作用(地震荷载)等随机性。准确地分析不确定性因素对桥梁安全状态的影响规律，有助于评估桥梁生命周期内的安全水平。 《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T
50283—1999)全面引入了结构可靠性理论，此后，《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)将该理论落实到桥梁工程结构的设计中。可以看出，由传统的经验安全系数设计方法向概率极限状态设计方法的转变势在必行。与经验安全系数设计法相比，概率极限状态设计以结构可靠度理论为基础，以随机变量的方式考虑结构不确定性因素对工程结构的影响，通过计算结构的失效概率来评估结构的安全水平。针对桥梁工程结构特点，采用结构可靠度理论可实现不同的分析目的。例如：针对超静定桥梁结构，可采用结构体系可靠度方法；针对桥梁动力分析，可采用动力可靠度准则；针对桥梁的疲劳问题，可采用疲劳可靠度分析方法；针对桥梁结构的优化设计问题，可采用可靠性优化设计方法。 作者多年来一直从事桥梁工程建设与结构可靠度研究工作。本书是作者多年来在此研究领域的工作总结，希望能对从事结构可靠度研究与桥梁安全评估的同行们有所帮助。本书得到了江苏高校优势学科建设工程资助项目(CE03—2—41)、国家“973”项目(2015CB057705)、中国博士后科学基金资助(2015M580383)、江苏省博士后科研基金(1501045B)、东南大学博士后创新人才培养资助基金的资助，在此表示感谢！希望广大读者多多批评指正，反馈修改意见，在此深表谢意！鲁乃唯 东南大学土木工程学院 2016年3月 3.目录 前言 第一章绪论1 11工程结构可靠性概述1 111不确定性1 112随机变量与随机过程2 113可靠度与失效概率4 12工程结构设计方法的演变6 121容许应力法7 122半概率设计法7 123近似概率极限状态法8 13桥梁结构可靠度研究方向9 131一般构件可靠度9 132体系可靠度9 133动力可靠度9 134耐久可靠度10 14本书主要内容10 参考文献11 第二章结构可靠度分析的基本理论与方法13 21一次二阶矩法13 211中心点法13 212验算点法14 22Monte Carlo抽样方法17 221直接抽样法17 222重要抽样法18 223方向抽样法19 23响应面法20 231响应面法基本原理20 232改进的二次序列响应面法21 233算例分析22 24本章小结25 参考文献25 第三章桥梁结构静力可靠度分析的智能算法27 31工程结构功能函数拟合方法27 311二次序列响应面方法27 312神经网络方法29 313支持向量回归方法30 32工程结构可靠度分析的联合智能算法31 321联合智能算法流程31 322分析软件33 323软件操作说明35 33算例分析36 331算例1：显式功能函数36 332Brotonne 斜拉桥简化结构37 34工程实例39 341连续刚构桥39 342斜拉桥42 35本章小结47 参考文献47 第四章桥梁结构体系可靠度分析方法48 41桥梁结构体系的简化模型48 411桥梁结构简化措施49 412两个基本模型49 413多种失效模式的数学模型51 414结构体系失效模型51 42结构体系可靠度的基本分析方法52 421失效概率的限界估计52 422失效概率的近似计算54 423失效模式识别55 43基于更新支持向量的结构体系可靠度分析方法56 431SVR模型更新思路57 432SVR模型的两次更新58 44算例分析59 441悬吊结构59 442桁架桥梁61 443混凝土斜拉桥63 45本章小结68 参考文献68 第五章桥梁结构可靠性优化设计70 5.1结构体系可靠性优化设计方法70 5.1.1现有方法综述70 5.1.2基于遗传算法与神经网络的可靠性优化方法71 5.1.3构件失效概率计算76 5.2经典十杆桁架算例76 5.2.1算例介绍76 5.2.2优化结果分析78 5.3工程实例79 5.3.1钢桁梁简介79 5.3.2钢桁梁设计结构的体系可靠性分析80 5.3.3参数分析81 5.4本章小结84 参考文献85 第六章基于随机车流的桥梁动力响应首超概率模型86 6.1研究现状87 6.1.1公路桥梁车辆荷载模型87 6.1.2车桥动力响应87 6.1.3桥梁动力可靠度评估88 6.2随机车流模型89 6.2.1基于WIM的车辆统计分析89 6.2.2随机车流模拟96 6.3基于首超准则的动力可靠度理论99 6.3.1首次超越破坏准则99 6.3.2Possion假定100 6.3.3Markov假定101 6.4随机车流下桥梁的动力响应概率分析方法103 6.4.1车桥耦合振动理论与分析方法103 6.4.2车桥耦合系统的有限元简化分析方法106 6.4.3桥梁动力响应概率分析110 6.4.4极值概率模型112 6.5本章小结113 参考文献114 第七章车载下大跨度悬索桥的动力可靠度评估117 7.1工程背景117 7.1.1某悬索桥简介117 7.1.2有限元模型118 7.2车载下加劲梁的动力响应数值分析123 7.2.1单车作用123 7.2.2随机车流作用126 7.3概率统计分析127 7.3.1随机过程特征127 7.3.2基于Rice公式的荷载效应极值预测130 7.4动力可靠度分析133 7.4.1首超可靠度计算133 7.4.2参数分析135 7.5本章小结141 参考文献142 第八章公路钢桥疲劳损伤概率模型143 8.1车载下钢桥疲劳损伤数学模型143 8.1.1钢桥疲劳损伤分析方法143 8.1.2SN曲线与线性累积损伤准则145 8.1.3疲劳应力提取方法146 8.2疲劳强度曲线147 8.2.1英国BS5400规范147 8.2.2美国AASHTO规范149 8.2.3欧洲Eurocode 3规范150 8.2.4中国铁路钢桥设计规范150 8.2.5钢桥面板的SN曲线151 8.3钢桥疲劳应力数值模拟方法152 8.3.1基于有限元的结构疲劳应力分析方法152 8.3.2一种钢桥疲劳损伤概率建模方法157 8.4工程实例162 8.4.1工程背景162 8.4.2不同车型作用下疲劳应力分析163 8.4.3钢箱梁细节疲劳应力的概率模型169 8.4.4钢箱梁细节疲劳损伤的概率模型171 8.4.5随机车流作用下南溪长江大桥的等效疲劳应力173 8.5本章小结175 参考文献175 第九章随机车流下钢桥面板焊接细节疲劳可靠度评估178 9.1车载下钢桥面板细节疲劳可靠度分析基础178 9.1.1功能函数179 9.1.2随机变量的概率特征180 9.1.3可靠指标计算方法181 9.2随机车流下南溪长江大桥钢箱梁的细节疲劳可靠度分析182 9.2.1不考虑交通量和车重增加182 9.2.2仅考虑交通量增长183 9.2.3仅考虑车重增长185 9.2.4考虑预测交通量186 9.3目标可靠指标下钢箱梁细节的疲劳寿命评估188 9.3.1疲劳目标可靠指标的选取188 9.3.2钢箱梁细节疲劳寿命188 9.4本章小结190 参考文献190 |
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