大跨度鋼斜拉橋施工及運營過程系統(tǒng)可靠度研究.pdf

1、隨著近年來斜拉橋不斷向大跨度方向蓬勃發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式日趨表現(xiàn)出大型化、復(fù)雜化以及纖柔化的特點。大跨度鋼斜拉橋在規(guī)模尺度上的超越對結(jié)構(gòu)的整體安全性能提出了更大的挑戰(zhàn)，其施工及運營期的系統(tǒng)可靠性問題也更為突出。本文針對既有系統(tǒng)可靠度研究在理論方法以及實踐分析等方面的固有困難，從系統(tǒng)極限狀態(tài)曲面概念出發(fā)，將支持向量分類算法(SVC)和LHS抽樣遷移策略等方法引入了系統(tǒng)可靠度理論的研究，并針對既有可靠度指標(biāo)算法缺陷進行了改進與修正，進一步完善了

2、系統(tǒng)可靠度的理論方法。在此基礎(chǔ)上，基于所獲取的變量統(tǒng)計概率模型，對大跨度鋼斜拉橋施工及運營期的系統(tǒng)可靠性演化規(guī)律及特點進行了深入研究和探討。所完成的研究工作主要包括以下五個方面:
　　1.結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)計算方法的進一步研究。針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)算法在收斂性以及計算效率上的固有缺陷，從理論原理和工程應(yīng)用角度出發(fā)，在厘清問題本質(zhì)來源的基礎(chǔ)上，首先基于方向修正原理提出了計算結(jié)構(gòu)一次二階矩可靠度指標(biāo)的方向修正算法。然后通過理論推導(dǎo)和幾何

3、分析，對線抽樣Monte Carlo法進行了修正改進，使其適用性得到拓展提高。最后通過數(shù)值抽樣以及回歸分析方法對改進的功能函數(shù)二階展開形式進行了系統(tǒng)研究，建立了基于非線性回歸分析預(yù)測算法的二次二階矩可靠度指標(biāo)計算方法。并基于代表性數(shù)值算例驗證了所提出方法的有效性和優(yōu)越性。
　　2.基于SVC抽樣遷移的系統(tǒng)可靠度理論算法研究。針對傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠度理論算法中存在的約界困難、精度有限以及工作量大等固有缺陷，從系統(tǒng)層面出發(fā)，引入了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)極

4、限狀態(tài)曲面的概念。在此基礎(chǔ)上，利用支持向量分類算法對該極限狀態(tài)曲面進行了直接重構(gòu)。以此為依據(jù)并結(jié)合LHS抽樣遷移策略，建立了計算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的SVC抽樣遷移計算方法。兩典型標(biāo)準(zhǔn)算例驗證結(jié)果表明，所提出算法具有較高的計算精度、抽樣效率以及求解穩(wěn)定性，可有效避免現(xiàn)有算法中的固有弊端，更適用于實際結(jié)構(gòu)可靠度問題的分析求解。
　　3.大跨度鋼斜拉橋荷載及抗力統(tǒng)計概率模型研究。在廣泛調(diào)研和數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，通過梁段稱重結(jié)果以及其他既有統(tǒng)計

5、分析，對大跨度鋼斜拉橋永久作用的統(tǒng)計概率模型進行了深入研究。然后針對橋梁施工及運營特點，并結(jié)合既有研究成果，獲取了結(jié)構(gòu)施工及運營階段中各類可變作用的統(tǒng)計概率模型。最后通過廣泛的文獻調(diào)研總結(jié)，較為完整地確定了適用于大跨度鋼斜拉橋系統(tǒng)可靠度分析的塔、梁抗力統(tǒng)計概率模型，為后續(xù)系統(tǒng)可靠度的計算研究奠定了基礎(chǔ)。
　　4.平行鋼絲斜拉索極限抗力概率模型研究。針對平行鋼絲斜拉索構(gòu)造組成以及受力特點，利用概率統(tǒng)計理論并結(jié)合鋼絲試驗結(jié)果，對索中鋼

6、絲的抗力概率模型進行了深入研究。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鋼絲串并聯(lián)組成關(guān)系（Daniels概率強度模型）并結(jié)合Monte Carlo數(shù)值模擬方法，提出了計算平行鋼絲斜拉索抗力的數(shù)值抽樣算法。聯(lián)合應(yīng)用這一算法以及構(gòu)件可靠度分析理論，對大跨度鋼斜拉橋斜拉索的構(gòu)件可靠性開展了研究。
　　5.大跨度鋼斜拉橋施工及運營期系統(tǒng)可靠度研究?；谒⒌暮奢d及抗力統(tǒng)計概率模型，以典型特大跨度鋼斜拉橋——蘇通長江大橋為研究對象，采用所提出的SVC抽樣遷移計