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我国桥梁工程系统的可靠性研究

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90年代中后期,全球地震活动增强。我国地处欧亚地震带中段,是地震多发地区。地震对各种建筑包括道路、桥梁及人民生命、财产都将造成不可估量的损失。对于年代较长的现代桥梁,受当时设计建造的条件所限,没有考虑抗震能力;即使有些桥梁考虑了抗一定裂度的地震,但由于建造年代已久,地理环境及桥梁的内部结构都可能发生了一定的变化,加上长年的磨损、腐蚀、桥梁本身的抗震能力已降低。 因此,许多在役混凝土桥梁的抗震能力不足,对其进行抗震加固有重大的现实意义[1] 。在抗震加固决策各个方面,不可避免地存在着各种各样的不确定性。一般遵循规范进行时,可能会出现多种不同的抗震加固设计方案,在目前的分析和设计水平下,方案的选取存在着较大的人为因素。因此,基于工程风险分析进行抗震加固决策是一种有效的方法[2]。本文就这方面的问题进行初步探讨研究。

1.1       桥梁震害分析

影响桥梁抗震性能的因素包括设计、施工、材料等内部因素,及荷载、自然环境等外部因素。近20余年发生的几次大地震使人类加深对桥梁抗震的认识。根据众多统计数据,及对桥梁震害的深入分析,可以将桥梁震害的起因分为以下几类[1]
由于砂土液化,地基下沉,岸坡滑移或开裂而引起基础的破坏、从而导致桥梁的倒塌。因桥梁结构形式、构造或连接措施不当而引起落梁等震害。
桥梁搭支承点的地面运动不一致(地面运动的空间变化性)引起震害。
桥梁墩柱本身抗震能力不足引起的破坏,包括强度和延性的不足。在历次大震中,大量钢筋混凝土墩柱的严重破坏主要是由于本身的抗剪强度和弯曲延性不足引起的。
1.2       桥墩单元的可靠性研究
针对桥墩破坏的特点,采用基于考虑参数不确定时结构可靠度分析的快速积分方法,可研究桥墩单元的可靠性问题。文献[3]中介绍了一种简单的快速算法。若 至 的变换由 给出,其中 是标准正态变量,给出在转换空间独立于 的辅助标准正态变量 , T为Rosenblatte转换,于是Y.K.Wen等人在U空间内建立的功能函数可写为:
                                    (1)
式中: 为标准正态分布的概率分布函数, 是给定系统参数 时的条件失效概率,在转换空间可表示为 时,则表示结构失效。利用式(1)构造一个失效面,其失效概率便可以通过改进的一次二阶矩方法求出。
1.3 桥梁上部结构的可靠性分析
桥梁上部结构的破坏主要是由于落梁引起的。假定跨越水平 充分高,可以认为跨越是独立的,因而在时间间隔 内跨越的次数是一个泊松随机分布过程。桥梁上部结构的滑离破坏概率[5]
             (2)
式中:B为桥墩支撑上部结构的允许宽度。
1.4   桥梁系统可靠度
把桥梁结构系统简化为串联系统,其中任何一个墩、梁单元失效都将导致结构系统失效;这说明,只有在所有的单元都正常工作时,桥梁结构系统才能正常工作。利用条件关联系数 ,它与各单元的工作环境、所受荷载的性质、设计荷载的等级、单元的失效准则、条件概率所包含的消息量、相邻单元可靠度的差距等因素有关,这样,考虑单体失效相关性的串联工程系统的总可靠度为
                                              (3)
式中:为考虑单体失效相关性的串联工程系统的总可靠度, 为第j单体的可靠度,条件关联系数 的评估方法见文献[34].

[1]

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