既有结构时变可靠度分析的数学方法

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1、既有结构时变可靠度分析的数学方法(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：土木工程系工程领域：建筑与土木工程申请人：王草指导教师:李全旺副教授联合指导教师:包琦玮教授级高工二○一五年六月MathematicalFormulationofToolsforTime-dependentReliabilityAssessmentofExistingStructuresDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentofthere

2、quirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyWangCao(ArchitecturalandCivilEngineering)ThesisSupervisor:AssociateprofessorLiQuanwangAssociateSupervisor:ProfessorateSeniorEngineerBaoQiweiJune,2015摘要摘要既有结构在服役过程中，碰撞损伤、介质侵蚀等原因会导致结构承载能力的降低，从而对其正常

3、服役带来安全隐患。可靠度分析以概率统计为基础，着眼于结构在服役过程中的承载能力及荷载的不确定性，是结构安全评价的重要手段。对结构进行可靠度分析，可以得到定量的安全评估结果，进而为结构设计和服役期内的维护措施优化提供重要依据。选取合适的承载能力衰减以及荷载过程模型是结构可靠度分析的基础。在现有的可靠度研究中，概率模型选取往往基于很多假设；这些假设在简化问题的同时也带来了可靠度评估结果与真实情况的差异。本研究主要讨论劣化结构时变可靠度分析中的模型改进，具体内容有：（1）考虑荷载随机过程的相关性对结构时

4、变可靠度的影响，指出：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。（2）研究了荷载的统计参数（均值、标准差）的时变特性对结构可靠度的影响，并提出了可靠度计算的显式公式。算例表明：车载随机过程参数对结构可靠度的影响显著。在20年的评估期内，均值每年增加1.1%或标准差每年增加1.3%，都会造成结构的失效概率增大两倍。（3）以风荷载为例，研究了荷载发生频率的时变特性对结构可靠度的影响，并给出了可靠度计算的显式公式。（4）研究了既有劣化桥梁的服役历史对结构后续

5、服役期内的可靠度的更新效果，指出：当车载历史中包含超载现象或桥梁承载能力明显劣化时，更新后的可靠度更能反映既有桥梁真实的可靠度水平，而不考虑车载历史则会明显低估桥梁的可靠度水平。（5）研究了既有劣化桥梁的服役历史对结构当前时刻初评承载能力的更新作用，并给出了显式计算公式。分析表明，车载大小和承载能力衰减程度对可靠度的更新效果有显著影响。当车载历史中包含超载现象或桥梁承载能力明显劣化时，更新后的可靠度更能反映既有桥梁真实的可靠度水平，而不考虑车载历史则会明显低估桥梁的可靠度水平。关键词：既有结构；可

6、靠度；承载能力衰减模型；荷载模型；贝叶斯更新IAbstractAbstractExistingagingstructuresandinfrastruresmaysufferfromaggressiveoperatingandenvironmentalcoditionsduringtheirservicelife.Suchconditionsmaycausethedeteriorationofstructuralresistancefallbelowanacceptablelevelasspecif

7、iedfornewones.Reliabilityanalysisisawidely-usedtoolforstructuralsafetyassessmentdealingwiththeuncertaintiesassociatedwiththestructuralresistanceandloadingprocessbasedonprobabilisticandstatisticaltheorems.Itprovidesquantitivecriterionforsturcutraldesig

8、nandoptimizationofmaintanancemeansuresconductingreliabilityanalysisofexistingagingstructuresofinterest.Realsiticresistancedeterirorationmodelandloadprocessmodelarethefundamentalsforstructuralreliabilityanalysis.Incurrentresearches,theprobabili