大跨度钢斜拉桥施工及运营过程系统可靠度研究.doc

大跨度钢斜拉桥施工及运营过程系统可靠度研究随着近年来斜拉桥不断向大跨度方向蓬勃发展,其结构形式日趋表现出大型化、复杂化以及纤柔化的特点。大跨度钢斜拉桥在规模尺度上的超越对结构的整体安全性能提出了更大的挑战,其施工及运营期的系统可靠性问题也更为突出。本文针对既有系统可靠度研究在理论方法以及实践分析等方面的固有困难,从系统极限状态曲面概念出发,将支持向量分类算法(SVC)和LHS抽样迁移策略等方法引入了系统可靠度理论的研究,并针对既有可靠度指标算法缺陷进行了改进与修正,进一步完善了系统可靠度的理论方法。在此基础上,基于所获取的变量统计概率模型,对大跨度钢斜拉桥施工及运营期的系统可靠性演化规律及特点进行了深入研究和探讨。所完成的研究工作主要包括以下五个方面：1.结构可靠度指标计算方法的进一步研究。针对传统结构可靠度指标算法在收敛性以及计算效率上的固有缺陷,从理论原理和工程应用角度出发,在厘清问题本质来源的基础上,首先基于方向修正原理提出了计算结构一次二阶矩可靠度指标的方向修正算法。然后通过理论推导和几何分析,对线抽样MonteCarlo法进行了修正改进,使其适用性得到拓展提高。最后通过数值抽样以及回归分析方法对改进的功能函数二阶展开形式进行了系统研究,建立了基于非线性回归分析预测算法的二次二阶矩可靠度指标计算方法。并基于代表性数值算例验证了所提出方法的有效性和优越性。2.基于SVC抽样迁移的系统可靠度理论算法研究。针对传统系统可靠度理论算法中存在的约界困难、精度有限以及工作量大等固有缺陷,从系统层面出发,引入了结构系统极限状态曲面的概念。在此基础上,利用支持向量分类算法对该极限状态曲面进行了直接重构。以此为依据并结合LHS抽样迁移策略,建立了计算结构系统可靠度的SVC抽样迁移计算方法。两典型标准算例验证结果表明,所提出算法具有较高的计算精度、抽样效率以及求解稳定性,可有效避免现有算法中的固有弊端,更适用于实际结构可靠度问题的分析求解。3.大跨度钢斜拉桥荷载及抗力统计概率模型研究。在广泛调研和数据收集的基础上,通过梁段称重结果以及其他既有统计分析,对大跨度钢斜拉桥永久作用的统计概率模型进行了深入研究。然后针对桥梁施工及运营特点,并结合既有研究成果,获取了结构施工及运营阶段中各类可变作用的统计概率模型。最后通过广泛的文献调研总结,较为完整地确定了适用于大跨度钢斜拉桥系统可靠度分析的塔、梁抗力统计概率模型,为后续系统可靠度的计算研究奠定了基础。4.平行钢丝斜拉索极限抗力概率模型研究。针对平行钢丝斜拉索构造组成以及受力特点,利用概率统计理论并结合钢丝试验结果,对索中钢丝的抗力概率模型进行了深入研究。在此基础上,根据钢丝串并联组成关系(Daniels概率强度模型)并结合MonteCarlo数值模拟方法,提出了计算平行钢丝斜拉索抗力的数值抽样算法。联合应用这一算法以及构件可靠度分析理论,对大跨度钢斜拉桥斜拉索的构件可靠性开展了研究。5.大跨度钢斜拉桥施工及运营期系统可靠度研究。基于所建立的荷载及抗力统计概率模型,以典型特大跨度钢斜拉桥——苏通长江大桥为研究对象,采用所提出的SVC抽样迁移计算方法,分别对结构施工及运营过程中8种关键工况的系统可靠度问题进行了深入探讨。系统研究了各工况结构首要失效模式灾变机理以及系统可靠度指标的变化情况,从而较为全面地获得了苏通长江大桥及类似桥梁施工及运营过程中各关键工况的系统可靠性演化规律。