英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
结构可靠性在公路桥梁中的应用
提要：
本文介绍了可靠性方法在负载与阻力系数设计(LRFD)电桥规范开发中的应用。用可靠性指标来衡量结构性能。总结了负载和电阻模型。一个重要的步骤是选择
目标可靠性指标的确定及荷载和阻力因子的计算。通过计算负载和电阻系数，得出采用所建议的规定设计的桥梁的可靠性在预定的目标水平上。
介绍：
该结构的可靠性可应用于既有桥梁的可靠性设计。新一代的设计规范是基于荷载和阻力的概率模型。例如AASHTO LRFD code OHNDC , Eurocode 和 CHBDC 。一般来说，基于可靠性的设计可能更有效。这两个目标都更容易实现
对于给定的可靠性，设计一个更经济的结构。
可靠性可以看作是一种可靠性评价标准。它为决定修复、恢复或更换提供了良好的基础。确定性方法是基于对单个组件的分析。当结构的异常载荷值超过名义承载能力时，可以对其进行鉴定。但是，在大多数情况下，结构是由组件组成的系统。此外，当一个组件达到其极限容量时，它不一定会从结构中消失。它继续抵抗负载，但是额外的负载被分配给其他组件。系统可靠性为建立元件可靠性与系统可靠性之间的关系提供了一种方法。
现代可靠性分析方法是在20世纪60年代末发展起来的。它们是以概率论和统计学为基础的。然而，目前的安全方法在设计和施工是一个演变的结果，这花了许多世纪。直到20世纪60年代末和70年代初，Cornell, Lind和 Ang的开创性工作才使可靠性分析的实际应用成为可能。康奈尔大学在1969年提出了第二核心责任指数。Hasofer和Lind给出了形式不变可靠性指数 的定义。Rackwitz amp; Fiessler 建立了一个计算可靠性指标的高效的数值程序。Veneziano, Rosenblueth, Esteva, Turkstra, Moses和 Ang也做出了重要贡献。他们的工作进一步得到了Der Kiuregian, Frangopol, Fujino, Furuta, Yao, Brown, Aayub, Blockley, Stubbs和Mathieu的改进。已发展的理论工作已在书中提出，如Thoft-Christensen和Baker ，奥古斯都，巴拉塔和Ciascati ， Madsen等人 Ang amp; Tang ， Melchers，和Thoft-Christensen和Murotsu。到20世纪70年代末，可靠性方法达到了一定程度的成熟，现在已经可以应用了。在未来的几年里，人们可以期待结构系统行为模型分析方法的进一步加速发展。真正的变化可以通过关注结构系统来实现。可靠性分析也将应用于结构系统
可靠性校准程序：
新一代桥梁设计规范的开发是结构可靠性方法的重要应用之一。计算了载荷和阻力系数，使结构的可靠度达到预定的目标水平。特别是，用于开发第一版OHBDC 的校准程序是由Nowak和Lind制定的。如Grouni和Nowak、Nowak和Grouni、Nowak等对OHBDC 、AASHTO LRFD 、CHBDC 的其他版本进行了进一步的扩展和应用。欧洲法典的发展也采用了类似的方法
例如，在AASHTO LRFD代码 的开发中使用的校准程序包括以下步骤
- 选择有代表性的桥梁。大约200个建筑是从美国不同的地理区域中挑选出来的。这些结构涵盖了该地区特有的材料、类型和跨度。重点是当前和未来的趋势，而不是非常古老的桥梁。对于每个选定的桥梁，计算了不同构件的荷载效应(弯矩、剪切力、张力和压缩力)。还评价了负荷能力
- 建立负荷和电阻参数的统计数据库。收集了关于负荷组成部分的现有数据，包括调查和其他测量的结果。卡车测量和动态称重(WIM)数据被用来建模活荷载。由于现场动载资料较少，因此本文提出了一种模拟桥梁动力特性的数值方法。电阻的统计数据包括材料试验、元件试验和现场测量。为模拟大型结构构件和系统的行为，开发了数值程序
- 负载和电阻模型的开发。载荷和电阻被视为随机变量。它们的变化可用累积分布函数(CDF)和相关系数来描述。对于负载，CDFs是使用可用的统计数据库派生的(步骤(b))。活载模型包括一条车道和相邻车道上的多辆卡车。计算了宽桥梁的多车道缩减系数。对单车和两车并行的动载荷进行了建模。电阻模型用于梁桥。通过模拟试验确定了其极限强度的变化规律。采用系统可靠性方法对冗余度进行了量化。
- 制定可靠性分析程序。结构性能可以用可靠性或可靠性来衡量。极限状态被定义为描述状态(安全或失效)的数学公式。可靠性可以用可靠性指标来衡量，b.可靠性指标采用迭代法计算。所开发的负载和电阻模型(步骤(c))是可靠性分析程序的一部分。
- 目标可靠性指标的选择。计算了根据非-lrfd AASHTO设计的宽谱桥梁的可靠性指标。对既有桥梁的性能进行评估，以确定其可靠性水平是否足够。选择目标可靠度指数beta;tau;为所有结构提供一致和统一的安全裕度。
- 负荷和阻力系数的计算。负载因素，c，重新计算，使factoredload有一个预先确定的概率被超过。电阻因数重新计算，使结构可靠性接近目标值，beta;tau;
桥梁荷载模型：
活载模型的开发对于合理的桥梁设计和/或评估代码至关重要。公路桥的基本荷载组合形式是自重、动载、动载三种荷载的同时作用。涉及其他荷载分量(风、地震、碰撞力)的组合需要一种特殊的方法，这种方法考虑到同时出现几个独立荷载的极值的可能性降低。恒载是由于永久连接在桥上的结构和非结构构件的自重而产生的重力载荷。由于自重的变化程度不同，可以方便地考虑三种构件的自重:工厂制造构件的自重(钢、预制混凝土构件)、现浇混凝土构件的自重、耐磨表面的自重(沥青)。所有静载分量均可视为正态随机变量。研究人员在不同项目中使用的统计参数不同，偏差系数(均值与标称比)、k=1.00-1.05、变异系数V=0.04-0.10，沥青V=0.15-0.30除外。桥梁荷载模型的推导是基于结合AASHTO LRFD规范 和dohbdc 的发展，由nowak和nowak和Hong[21]的研究。负荷模型是根据现有的卡车调查和其他测量数据建立的。50-75年的最大活载是根据调查所得的极值进行指数外推确定的。采用有限元分析方法确定梁的分布系数。利用现有的试验数据对动载进行了建模。活载包括车辆在桥上移动所产生的一系列力。活载的作用取决于许多参数，包括跨度长度、卡车重量、轴载荷、桥的配置、车辆在桥上的位置(横向和纵向)、桥上车辆的数量(多个存在)、梁的间距和结构构件的刚度(板和梁)。这些参数的影响分别考虑。桥梁活载具有很强的场地特异性。这种变化不仅在国家之间存在，而且在区域内也存在，具体取决于当地的交通量和交通组合、法律规定的负载限制和特殊条件[22]。因此，统计参数也可以是特定于站点的。在国际桥梁设计规范的制定过程中，活荷载的统计参数往往被假定为保守的。卡车交通数据是针对重型车辆车流量较大的位置。然后用外推法确定不同周期扫描的最大期望活荷载矩和剪力。例如，在AASHTO LRFD 的发展过程中，75年来，k=1.6-2.1(视跨度而定)和V=0.12[19,21]。标称活载由HS-20型货车HS20加载，包括三个轴:35、142和142 kN，间距为4.3 m，或均匀分布的车道荷载9.3 kN/m，移动集中力为80 kN。在新的LRFD AASHTO代码 中，活荷载是HS-20卡车和9.3 kN/m均匀分布荷载的组合。因此，活载偏置系数为k=1.25-1.35。类似的负载模型也被用于OHBDC 的开发，如Nowak所提出的。最大的单车道弯矩或剪力是由一辆卡车或两辆(或更多)卡车相互尾随造成的。对于多辆卡车的发生，重要的参数是车头时距和卡车重量之间的相关程度。双车道的分析涉及到货车荷载在主梁上的分布。动载荷是三个主要参数的函数:路面粗糙度、桥梁动力学(振动频率)和车辆动力学(悬架系统)。分析模型由Hwang amp; Nowak建立，Nassif amp; Nowak和Kim amp; Nowak进行了现场试验验证。动态挠度几乎是恒定的，与车辆重量无关。因此，动荷载作为活荷载的一部分，在较重的货车中有所降低
不超过0.15的活载为一辆卡车和0.10的活载为两辆卡车并排。动荷载的变异系数约为0.80。
桥电阻模型：
通过试验、对现有结构的观测和数值模拟，建立了桥梁构件的抗力模型。结构阻力不确定性产生的原因可归纳为三类：
材料:材料强度、弹性模量、开裂应力、化学成分
制造:几何，尺寸和截面模数
分析:近似分析法，理想化的应力应变分布模型
因此，电阻R可以被认为是公称电阻Rn和三个因素的乘积:材料性能、M、制造(几何形状)、F和专业/分析、P
R=RnMFP
电阻参数的统计数据可以根据现有的材料和构件试验得到。实际数据因来源不同而有所不同。在北美，Ellingwood等人的、Siriaksorn amp; Naaman和Kennedy amp; Baker提供了结构钢、混凝土、钢筋和预应力钢的力学性能。梁的挠曲承载力可以通过模拟弯矩-曲率关系来建立，如Tabsh amp; Nowak所述。混凝土构件的抗剪承载力可采用修正的压缩场理论计算。桥梁主梁的统计参数由Nowak等人的[32]、Nowak amp; Yamani和Tabsh amp; Nowak开发，适用于非复合钢梁、复合钢梁、钢筋混凝土t梁和预应力混凝土aashto型梁。得到的参数为k=1.05-1.16,V=0.07-0.16。
可靠性分析：
可靠性分析程序的选择是非常重要的。可靠度指标的计算方法见文献。这些方法在准确性、所需的输入数据、计算工作量和特殊特性(时间方差)方面各不相同。可靠性可以作为选择荷载和阻力系数的有效判据。然而，在校准时应使用相同的可靠性分析程序，对于不同的材料和结构类型应使用相同的程序。否则，计算出的b 不能作为比较的安全基础。在早期的代码校准中，可靠性指数是使用简单的对数公式计算的
在20世纪90年代，可靠性指数b是使用Rackwitz amp; Fiessler 开发的迭代程序计算的。在传统的可靠性分析中，分析是针对单个部件进行的。然而，在许多情况下，利用系统可靠性方法可以获得相当大的优势。这个结构可以看作是一个元件系统。系统方法允许量化冗余度和结构[34]的复杂性。
目标可靠性水平：
桥梁设计和评估的极限状态、载荷和阻力因子设计(LRFD)规范需要目标可靠性水平的知识。最佳安全水平取决于故障后果和安全成本。目标可靠性的选择可以综合考虑这两个参数。新设计桥梁和现有结构计算的目标可靠度指标由于多种原因存在差异。新设计的桥梁和现有的桥梁的参考时间是不同的。新结构的设计寿命为50年，现有桥梁的检查寿命为5年或10年。负荷模型中，用于计算可靠性指标的参考时段依赖于参考时段。5年或10年的最大弯矩和剪切比50-75年的寿命要小。然而，在较短的时间内，变异系数较大。单个负载路径组件与多个负载路径组件需要不同的处理。在新的设计中，避免了单负载路径组件，但在一些现有的桥梁中可以找到这种组件。单负载路径元件的目标可靠性指标较高。现有桥梁的可靠度指标可以看作是社会可接受的安全水平的下界。对这些可接受限度的急剧偏离应以经济分析为基础。目标可靠度指标取决于成本，新设计的桥梁与现有的桥梁具有不同的价值。一般来说，在新设计的结构中增加安全级别的成本较低。对于经过5年或10年评估的桥梁(检查之间的间隔)，假设检查有助于减少阻力和负载参数的不确定性。因此，在5年或10年的评估期内，现有桥梁的可靠性指数可能较低。
最佳安全性可以通过最小化总期望成本(或最大化效用)来确定。最佳安全水平对应于最小的总预期成本。总成本包括投资成本(设计和施工)和预期的生产成本。故障成本不仅包括修理或更换的成本，还包括中断使用的成本和法律成本(受伤的责任)。由于经济方面的原因，对桥梁的一次构件和二次构件进行区分比较方便。这些组件之间的区别取决于失败的后果。二次元件的目标可靠性指标低于一次元件。服务能力限制状态(SLS)比最终限制状态(ULS)具有更低的失败后果。因此，与ULS相比，SLS选择的目标可靠性指标值更低。对于极限状态，计算出的可靠性指标代表部件的可靠性，而不是系统的可靠性。计算得到的结构体系可靠度指标比单个构件的可靠度指标大2个左右。因此，目标可靠性水平的选择应基于系统的考虑。然后，利用适当的公式推导出构件的目标可靠度指标。对于正常使用极限状态，可靠性指标随极限状态的不同而变化很大。
单元可靠性指标的计算可以作为目标可靠性指标选择的依据。设为元件可靠性指标，bs为系统可靠性指标。对于单路径组件，是“bs”。从系统可靠性的观点来看，一个多路径系统可以被认为是一个至少有两个元素的并行系统。对于这样的系统，如果是“3.5，则系统可靠性，bs=5.3，则各要素完全不相关。然而，这些元素通常是部分相关的，因此，bs=3.5-5.5，取决于相关系数(全相关系数为3.5)。5年多负荷路径元件评估的目标可靠性指标为bT=3.0，单负荷路径元件评估的目标可靠性指标为bT=3.5。对应的50-75年的值是bT=3.5对于多路径组件，bT=4.0对于单路径组件 。主构件是一种主要的结构构件，其失效会导致整个结构的倒塌。对于桥梁来说，大梁是主要的构件。假定一次元件失效的后果大约是二次元件失效后果的10倍。因此，次级组件的概率可能比初级组件大10倍。二级构件的目标可靠性指标为bT=2.25，为期5年。bT'2.50为10年评估，bT=2.75为50-75年期间 。
文中列出了桥梁设计和评估的目标可靠度指标的推荐值1。数字四舍五入到0.25
负载和电阻系数：
负荷和阻力因子选择的接受准则是接近目标可靠性水平bT。因数负荷和因数阻力的最优值对应于所谓的设计点，可以使用Rackwitz
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[240230]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
