鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索

1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索姓名：余大勝申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：港口、海岸及近海工程指導(dǎo)教師：康海貴20051201大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為新型組合材料，在受壓時具有非常優(yōu)異力學(xué)性能，施工時鋼管本身就是模板和支架，可以省去許多臨時設(shè)施，而且其耐火性、動力性、穩(wěn)定性等各項指標都強于普通鋼筋混凝土，因而在橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。鋼管混凝土拱橋自年四川旺蒼東河大橋建成以來，近幾年在我國應(yīng)用發(fā)展很快，然而作為一種應(yīng)用新材料的橋型，鋼管混凝土拱橋的設(shè)計理論與施工方法研究目前還相對滯后，跟不上其發(fā)展的步伐。拱橋的設(shè)計理論還不完善，沒有統(tǒng)一的計算方法，現(xiàn)役結(jié)

2、構(gòu)可靠性評定是我國工程界亟待解決的問題?；诳煽慷鹊乃枷脒M行結(jié)構(gòu)設(shè)計和評價是近幾十年來結(jié)構(gòu)工程中的一大進步，但是目前的應(yīng)用還主要停留在構(gòu)件可靠度水平，而工程中的結(jié)構(gòu)大都是由許多構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系，如何有效地實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)體系進行可靠度分析是近年來可靠度研究的一個熱點。本文結(jié)合沈陽渾河長青大橋，對桁式中承式鋼管混凝土拱橋設(shè)計和施工中存在的若干問題進行了研究和探索，得出以下幾點結(jié)論：（）利用的單元生死法模擬各施工過程階段，本文采用應(yīng)力疊加法（也即極限狀態(tài)設(shè)計法）對長青大橋進行了靜力計算，在后處理中運用的參數(shù)化語言做二次開發(fā)，使各荷載步的計算結(jié)果實現(xiàn)了累加、排序等處理，得到橋梁的最后計算結(jié)果，為可靠度計

3、算提供了靜力方面的數(shù)據(jù)，并為可靠度主要失效模式的判斷提供了依據(jù)。（）實踐表明，運用參數(shù)化語言編寫可靠度程序計算大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，依據(jù)靜力計算和經(jīng)驗假定結(jié)構(gòu)的主要失效模式，利用其中的響應(yīng)面分析法使結(jié)構(gòu)不同失效模式的隱式極限狀態(tài)方程顯式化，結(jié)合一次二階矩法得到結(jié)構(gòu)體系可靠度，是種快捷有效的方法，在工程實踐中具有很強的實用價值。（）計算表明，假設(shè)在該橋拱頂合攏失高誤差為一米（占矢高的）時，其靜力影響最大的位置出現(xiàn)在拱頂截面；但影響值不大（拱軸線下降米后，其拱項應(yīng)力較設(shè)計拱軸線增大），可是必須重視的是，可靠指標影響較大（由設(shè)計拱軸線時的下降到）。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋：二次開發(fā)；大型結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)體系可靠度余

4、大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索】），一刪（）五（）（，珊，面，哆，協(xié)），也，硒印缸，、，印劬】晰，也即血，也出嘶，也血丘嘶咖出培也時掣砒加訪，也協(xié)】址，仃也血，薛址汜啪王也觚）虹鋤帆?。捍病恳玻龄z工】色，趾虹行：也也也時廿）咖趾（），鋤鱸啪、蛐大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，也礬蚰眥】蚰也血廿凸廿（），脅，（），（），礎(chǔ)（），吐印時，）工廿（），仃齜鋤（），硌哆齜（）印，血也加（），斑，吐妊（丹）：；窨；獨創(chuàng)性說明作者鄭重聲明：本碩士學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含

5、為獲得大連理工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：簟二：墮日期：星旦：！：大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“大連理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，同意大連理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，也可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。作者簽名：金生墮導(dǎo)師簽名：彖盈壟止年上月里日一奎壟圣王奎堂堡圭蘭

6、垡笙壅緒論概述我國是拱橋的國度，建于公元年彪炳史冊的河北趙州橋極大地顯示了中華民族的聰明才智。在國外，拱橋的應(yīng)用也很廣泛，在地質(zhì)和地形有利的條件下，拱橋常因經(jīng)濟、美觀和剛度大的優(yōu)點而中選。傳統(tǒng)拱橋要向大跨徑發(fā)展，遇到的技術(shù)難題主要是施工問題。我國橋梁先輩周念先在他最近出版的橋梁方案比選一書中，就不只一次引用了費萊西奈氏所說的“和的拱橋在設(shè)計方面難度相差不大，而施工方面的難度差別就非常懸殊”。由于過去采用的傳統(tǒng)掩工方法很不便利，加之隨著跨徑增大，結(jié)構(gòu)自重也明顯加大，尤其是為了抵御隨之增大的拱腳水平推力，不得不采用工程浩大的墩臺支撐體系，從而限制了拱橋的發(fā)展。近年來隨著拱橋無支架施工方法的應(yīng)用和發(fā)

7、展，計算方法的不斷改進，特別是鋼管混凝土組合材料的普遍采用，拱橋的跨越能力越來越大。目前鋼拱橋已突破（美國新河谷橋，），混凝土拱橋的跨徑已達（中國萬縣長江大橋，），在建的鋼管混凝土拱橋的跨度也達到了（巫峽長江大橋）。有人理論推算，鋼拱橋的極限跨徑可達左右，混凝土拱橋的極限跨徑可達左右。拱橋的跨徑記錄一再被刷新，推動各國學(xué)者對該類橋梁設(shè)計理論和施工方法進行更深入的研究。鋼管混凝土橋梁是我國近年來橋梁建筑發(fā)展的新技術(shù)，它具有自重輕、強度大、抗變形能力強的特點，比較好地解決了修建橋梁所需的用料省、安裝重量輕、施工簡便、承重能力大的諸多矛盾，是大跨度拱橋的一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。在鋼管混凝土拱橋的建造

8、過程中，由于拱肋第一次形成時僅是空心的鋼管拱肋結(jié)構(gòu)，所以，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土拱肋相，鋼管混凝土拱橋就有向大跨徑方向發(fā)展的可能。此外，由于鋼管對管內(nèi)混凝土的套箍作用，而正是這個套箍作用，使得管內(nèi)混凝土材料的力學(xué)性能得到了充分的發(fā)揮，較大幅度地提高了拱肋結(jié)構(gòu)的承載能力。主要基于上述兩個原因，鋼管混凝土拱橋近年來得到了較為廣泛的應(yīng)用。自年四川旺蒼橋建成至今，我國已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達多座，并不斷涌現(xiàn)出許多新的世界紀錄，使我國在該類拱橋修筑技術(shù)上一直處于世界領(lǐng)先水平。鋼管混凝土拱橋的設(shè)計方法目前世界各國橋梁設(shè)計理論，都在由容許應(yīng)力狀態(tài)理論向極限狀態(tài)理論過渡。極限狀態(tài)這一概念是蘇聯(lián)在年代提出，現(xiàn)

9、已得到全世界公認。容許應(yīng)力法與極限狀態(tài)法余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索相比，極限狀態(tài)法是將籠統(tǒng)的單一安全系數(shù)分解為抗力和荷載兩方面，并且對不同的抗力和不同的荷載原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，這將是最能取得經(jīng)濟效益的做法。由于鋼管混凝土拱橋至今還沒有專用的設(shè)計和施工規(guī)程，我國大部分鋼管混凝土拱橋強度計算仍然采用的容許應(yīng)力法，也有少部分設(shè)計單位套用建工規(guī)程來進行極限狀態(tài)法計算，對跨度大和重要的橋梁還進行了試驗研究來確定設(shè)計參數(shù)。當采用容許應(yīng)力法來進行計算時，大多是將鋼管與混凝土視為簡單的組合，換算為鋼筋混凝土截面偏心受壓構(gòu)件，按現(xiàn)行橋規(guī)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來進行驗算。對于桁架拱橋的腹桿和橫聯(lián)桿件等不

10、灌注混凝土的空鋼管，則按橋規(guī)鋼結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力法來進行驗算。其中，相貫線焊連的疲勞設(shè)計許多參用美國焊接學(xué)會編制的鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范（），同時引用其相對應(yīng)的焊接要求。這種設(shè)計方法沒有考慮到鋼管對混凝土的套箍力使核心混凝土承載力得以提高的有力作用，因此采用鋼筋混凝土容許應(yīng)力法來設(shè)計鋼管混凝士拱肋是很保守的，未能充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的承載能力，這只能作為強度安全的裕量保留在結(jié)構(gòu)中。采用鋼管混凝土的極限狀態(tài)法進行設(shè)計時，目前主要借用三本建筑設(shè)計規(guī)范：一、。前兩本屬承載力疊加法，即將鋼管和混凝土的承載力相疊加，并引入系數(shù)考慮鋼管的緊箍效應(yīng)，屬半理論半經(jīng)驗公式：而后者采用了“統(tǒng)一理論”，即把鋼管混凝土視為一種組合材

11、料。值得指出的是，這種規(guī)程適用于工業(yè)與民用建筑，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準，采用近似概率法，其可靠指標為：對于橋梁結(jié)構(gòu)，頒布的公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準也采用近似概率法，其相應(yīng)的可靠指標為且為。因此，如拱橋設(shè)計時直接采用上述種設(shè)計規(guī)程作承載力校核，由于可靠指標不同，不能保證拱橋的安全性”。本論文的靜力計算采用承載力疊加法，也即將鋼管和混凝土的承載力相疊加，在建模時不考慮鋼管的緊箍效應(yīng)。為了考慮施工對橋梁應(yīng)力的影響，在璐計算中用單元生死法模擬結(jié)構(gòu)的施工過程。施工過程分別為：（）鋼管鉸接自重（）；（）鋼管鉸接溫降（）：（）鋼管鉸接時混凝土自重（）：（）鋼管固結(jié)、混凝土溫度收縮（）；（）安裝橋面板

12、和橫粱后，橋面板和橫粱自重（）：（）汽車、人群荷載（）：（）橋梁的溫度下降（）。大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文為了實現(xiàn)可靠度計算，必須把每次的計算結(jié)果在后處理中自動累加起來，在這里利用的參數(shù)化語言作二次開發(fā)，得到成橋后橋梁主拱肋的計算結(jié)果。橋梁體系可靠度的研究現(xiàn)狀眾所周知，我國的公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準（）是以單個構(gòu)件為對象、以可靠度理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計標準制定的，雖然比以前的以安全系數(shù)為設(shè)計標準有了很大的進步，但其中有待解決的問題還是顯而易見的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度理論已比較成熟和實用，并反映在不少結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中。英國（，）橋梁規(guī)范是較早采用以可靠度為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法的規(guī)范之一；指出美國橋

13、梁規(guī)范（）己從年起全面取代原來的公路橋梁標準設(shè)計規(guī)范（從）。結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可靠度固然重要，然而由構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度更為重要。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效是由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的逐步失效而引起的，經(jīng)驗表明，構(gòu)件的不同失效次序以及由此構(gòu)成的不同失效模式對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的預(yù)測是有影響的。理論上可以通過搜索所有可能的失效模式而將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)表示為一個由并聯(lián)子系統(tǒng)而串聯(lián)起來的可靠度分析模型，而每個并聯(lián)子系統(tǒng)對應(yīng)種失效模式。然而對于實際結(jié)構(gòu)，這種全部列出徹底計算的方法，計算量太大。現(xiàn)今可接受的方法是采用一些特殊的搜索方法來尋找顯著失效模式，而后根據(jù)顯著失效模式及其相關(guān)性估算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度。橋梁的構(gòu)件（包括支座、伸縮縫）必須滿足一

14、定的可靠度要求，然而人們同樣關(guān)心由構(gòu)件聯(lián)結(jié)而組成的橋梁的系統(tǒng)可靠度。由于是基于構(gòu)件可靠度的橋梁規(guī)范，建議改進版本應(yīng)是基于系統(tǒng)可靠度的，要考慮橋梁在路網(wǎng)中的重要性及橋梁尺寸、構(gòu)件的個數(shù)、延性及贅余度。文中還談到，在第二橋的投標中，曾用系統(tǒng)可靠度方法對幾種設(shè)計方案進行了評估，如果長的橋是由跨每跨的簡支梁橋構(gòu)成，則系統(tǒng)的失效概率將達到不能容忍的程度。對一座典型的多梁式橋進行了研究，發(fā)現(xiàn)單根主梁的可靠度指標就可以確保系統(tǒng)的可靠度指標至少為，在最不利汽車荷載下，僅有兩根主梁達到極限狀態(tài)而其余主梁并未達到，如果構(gòu)件具有合理的延性，則荷載就可重新分布到這些未到達極限狀態(tài)的主梁上。構(gòu)件可靠度與系統(tǒng)可靠度的差異

15、，不僅與橋梁的總體性能有關(guān)，而且與主要失效條件下所施加荷載的分布有關(guān)。針對怎樣布置后張預(yù)應(yīng)力束，才能有效地提高簡支鋼桁架梁橋的贅余度問題，應(yīng)用系統(tǒng)可靠度原理，成功地找到了布束方案。研究了一座斜拉橋的主要失效模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在所有情況下第一失效模式并不包含斜拉索的失效，而是橋塔或加勁梁形成機構(gòu)，盡管設(shè)計時認為橋塔的設(shè)計很保守，這與設(shè)計者原本的意余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索圖相反。如果不是用系統(tǒng)可靠度來發(fā)現(xiàn)第一失效模式，設(shè)計時就忽視了對這種失效模式的考慮。而另一方面也說明增加斜拉索的強度并不能提高該橋的系統(tǒng)可靠度。因此，系統(tǒng)可靠度有助于設(shè)計人員設(shè)計出更合理、經(jīng)濟、可靠的結(jié)構(gòu)，也有助于設(shè)計者

16、更好地了解結(jié)構(gòu)的總體極限性能。通過屈服線和塑性鉸來研究鋼筋混凝土粱一板橋的可能失效模式及系統(tǒng)可靠度，并討論了可靠度對不同活載和材料性質(zhì)的靈敏度系數(shù)。響應(yīng)面法計算結(jié)構(gòu)可靠度目前，構(gòu)件及結(jié)構(gòu)點可靠度的計算方法已日趨完善。隨著可靠度理論的進一步深入，構(gòu)件可靠度的計算已不能滿足工程實際需要。人們最關(guān)心的是由眾多構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)或連續(xù)體結(jié)構(gòu)體系的可靠度。對于結(jié)構(gòu)體系來說，體系可靠度由組成該結(jié)構(gòu)的所有元件的極限狀態(tài)面決定，結(jié)構(gòu)體系的失效區(qū)域由所有元件的失效區(qū)域并交混合而成，至此，結(jié)構(gòu)可靠度的可靠指標已無確切意義啪。工程中的結(jié)構(gòu)體系可以分為并聯(lián)、串聯(lián)及串并聯(lián)混合體系，但實際上，串聯(lián)體系和串并聯(lián)混合體系的失效概

17、率都可以表示為一系列并聯(lián)體系失效概率的線性組合，因此，只要找到一個精度較高、適用范圍較廣的并聯(lián)體系失效概率的計算方法，就可以計算所有結(jié)構(gòu)體系的失效概率。在實際工程的可靠度分析中，經(jīng)常遇到功能函數(shù)沒有明確表達式的情況，尤其對于非線性強、缺乏基本變量的統(tǒng)計資料、受力變形的機理相當復(fù)雜、幾乎不可能采用解析法求得作用效應(yīng)的顯式解的地下結(jié)構(gòu)“；對于非線性明顯的大跨徑斜拉橋；土側(cè)壓力嘲；對于復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)機理沒有定量判斷的鋼管混凝土橋；對于受海水浸蝕等特殊環(huán)境下工作混凝土的耐久性評估問題：鐵路明洞土壓力條件下的可靠度問題嘲，更有集動荷載、非線性、可靠度于一體的地震條件下疲勞破壞問題。響應(yīng)面法是求解此類問題

18、的一種有效方法，響應(yīng)面法需要用近似的二次曲面來模擬實際的極限狀態(tài)曲面。下面圍繞響應(yīng)面的基本原理對各種構(gòu)造二次曲面的方法作一總結(jié)。響應(yīng)面法的基本原理響應(yīng)面法是試驗設(shè)計和分析中的一個基本方法，它處理幾個變量對于一個體系或結(jié)構(gòu)的響應(yīng)之間不能直接用簡單明確的表達式表達的作用關(guān)系問題。響應(yīng)面函數(shù)的形式的選取是響應(yīng)面法的關(guān)鍵步驟，它應(yīng)滿足兩方面的要求：一方面，響應(yīng)面函數(shù)數(shù)學(xué)表達式在基本能夠描述真實函數(shù)的前提下應(yīng)盡可能簡單，以避免可靠度分析過于復(fù)雜；另一方面，應(yīng)在響應(yīng)面函數(shù)中設(shè)計盡可能少的待定系數(shù)以減少結(jié)構(gòu)分析的工作量。一般取響應(yīng)面函數(shù)為多項式形式。早期，在可靠度分析時一般取如下的二次多項式形式表示響應(yīng)面函

19、數(shù)大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文口島，？如，彳，（）考慮到可靠度分析的目的是求解驗算點和可靠指標，使響應(yīng)面僅在驗算點附近與真實功能函數(shù)吻合程度較高是很容易實現(xiàn)的，而且還可以對響應(yīng)面函數(shù)進行簡化而不會影響分析結(jié)果。基于此原因，文獻”提出了迭代序列響應(yīng)面法。其所采用的響應(yīng)面函數(shù)形式如下口，置十工？迭代序列響應(yīng)面（）年，將其引入可靠度分析中，其思想是選用一個適當?shù)?、明確表達的函數(shù)來近似代替不能明確表達的函數(shù)，也就是通過一系列有限元數(shù)值計算來擬合一個響應(yīng)面以代替未知的、真實的極限狀態(tài)曲面。它的優(yōu)點是可以直接利用已經(jīng)廣泛應(yīng)用的確定性有限元分析程序進行可靠度分析，而無需任何改動。國內(nèi)外學(xué)者在響應(yīng)面法上做了大量工

20、作：年，以最小二乘法來估算響應(yīng)面函數(shù)中的系數(shù)，建立了以試驗設(shè)計為基礎(chǔ)的響應(yīng)面法；“提出在實驗設(shè)計響應(yīng)面法求系數(shù)的矩陣中加入對角的加權(quán)系數(shù)矩陣，達到優(yōu)化響應(yīng)面，其無論在整個功能函數(shù)的擬合還是在驗算點的逼近上都比傳統(tǒng)響應(yīng)面好；年和以插值技術(shù)來估算響應(yīng)面函數(shù)中的系數(shù)，建立了早期的迭代響應(yīng)面法：文獻”提出的迭代序列響應(yīng)面法大大提高了計算效率和計算精度；文獻“”對迭代序列響應(yīng)面法中參數(shù)的取值進行了討論。迭代序列響應(yīng)面法的具體步驟為：假定初始迭代點），”，霹）（一般取各隨機變量的平均值）；計算功能函數(shù)扛），”，毫”）以及】，”子，“，）的值，求的的珂?zhèn)€點估計值，其中廠為任意值：根據(jù)上一步的點估計值插值求解

21、式（）中的待定系數(shù)口，島，（，功，從而得到當前迭代點處功能函數(shù)的近似極限狀態(tài)方程；由一般可靠度的求解方法求解驗算點”以及可靠指標“，其中上標表示第七次迭代；計算忙一盧恥哪的值，判斷此值是否滿足計算精度要求。如果滿足則輸出失效概率和可靠指標，計算結(jié)束；如果條件不滿足，則插值求得新的展開點囂似）仁（¨一牙菩；：；知（一。，余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索然后返回第步進行下一次迭代。對于廠的選擇，在第一次迭代計算中，文獻“”建議取，文獻“”建議取；在以后各次迭代計算中，兩篇文獻都建議取。響應(yīng)面法運用于工程實際中，也是個不斷完善和改進的過程：文獻對響應(yīng)面含交叉項的二次多項式展開討論，通

22、過保留對可靠度計算影響較大的交叉項改進響應(yīng)面，與不含交叉項的二次多項式相比，發(fā)現(xiàn)計算精度大為提高；文獻“”對幾何非線性和材料非線性構(gòu)成的結(jié)構(gòu)通過有限元離散，得到結(jié)構(gòu)可靠度解析式，通過響應(yīng)面法與型插值有限元結(jié)合，編寫程序鏈接有限元一可靠度分析，對體系可靠度的求解從理論和算法的實現(xiàn)上給予系統(tǒng)的闡述，并分別對考慮材料非線性和不考慮材料非線性時結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的改變做了分析；文獻“”運用響應(yīng)面法對風(fēng)力荷載為控制荷載的高層鋼結(jié)構(gòu)塔進行可靠度分析，在風(fēng)速（“，盯）對結(jié)構(gòu)可靠度的影響作了深入討論；文獻”利用響應(yīng)面把時間變量引入結(jié)構(gòu)維體系結(jié)構(gòu)抗震可靠度分析；文獻”運用迭代序列響應(yīng)面法對高層結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下，

23、以最大位移和最大變形為極限狀態(tài)進行可靠度分析，得出了沒安與安裝阻尼系統(tǒng)兩種狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)可靠度。當功能函數(shù)的曲面在多個區(qū)域失效并且在某些失效區(qū)域的一個區(qū)間內(nèi)可靠指標比較接近（也即此區(qū)間功能函數(shù)比較平滑，與中心點近似成圓形曲面），及多個驗算點處失效概率比較接近，和跚提出改進的響應(yīng)面函數(shù)；并且就構(gòu)成響應(yīng)面函數(shù)的各變量在功能函數(shù)中對失效概率影響的貢獻大小對變量排序，提出當某些變量貢獻比較小時用一常數(shù)代替變量值，進行可靠度模型轉(zhuǎn)換，這樣在一定的精度下有利于可靠度的計算收斂速度。文獻?！胺凿摴芰芽p為分析對象，以傳統(tǒng)的積分方法分析結(jié)果作為精確解校核響應(yīng)面法，就材料非線性和彈塑陛問題展開討論，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)面法用

24、于非線性和彈塑性結(jié)構(gòu)可靠度分析，計算結(jié)果令人滿意?；旌戏治龇ɑ驹砘旌戏治龇ㄊ菍?、有限元法、肌和重要抽樣法各自的優(yōu)點有效地結(jié)合在一起。該方法包括方面的內(nèi)容：（）采用響應(yīng)面法近似表達極限狀態(tài)方程：（）采用有限元法進行確定性分析：（）將和重要抽樣法結(jié)合起來計算結(jié)構(gòu)可靠度（或失效概率）。目前，通常采用和進行結(jié)構(gòu)失效概率的計算。然而，這些方法中存在一個明顯的缺點即無法表明其計算結(jié)果的準確性。為了克服這方面的缺點。和大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文”提出采用重要抽樣法去改進跚的估計值。文獻“將該方法推廣到改進的估計值，具體推導(dǎo)過程可參考文獻。”?；旌戏治龇ㄊ且环N集響應(yīng)面法、有限元法、一次二階矩法（）和重要抽樣

25、法各自的優(yōu)點于一起的可靠度分析法。該方法不同于基于響應(yīng)面上的蒙特卡羅模擬重要抽樣法（）。在中的重要抽樣法是基于采用響應(yīng)面法擬合出的近似極限狀態(tài)方程，當近似極限狀態(tài)方程與真實極限狀態(tài)方程誤差較大時，叫法將會產(chǎn)生較大誤差。而混合分析法中采用的重要抽樣技術(shù)是基于真實極限狀態(tài)方程。實旌過程混合分析法的具體實施過程如下：（）采用響應(yīng)面法構(gòu)造近似極限狀態(tài)方程喜（）：（）在已獲得近似的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程基礎(chǔ)上，應(yīng)用帶有算法的求解結(jié)構(gòu)可靠度指標：（）采用重要抽樣法去改進已獲得的可靠度指標。和”研究表明響應(yīng)面法中初始值的選取會明顯影響結(jié)構(gòu)失效概率，即初始值選取不同值可能得到不同的失效概率，這是目前響應(yīng)面法面臨的主

26、要問題之一。然而，該問題可以通過混合分析法得到解決。文獻?！庇嬎憬Y(jié)果表明，采用混合分析法和進行線性或者幾何非線性可靠度分析均能獲得較好的計算結(jié)果。然而，當結(jié)構(gòu)真實的可靠度較大時，采用可能不收斂，而混合分析法能獲得較好的計算結(jié)果。因為前面的構(gòu)造的響應(yīng)面都是一個函數(shù)，只是在驗算點附近與功能函數(shù)擬合較好，文獻?！睘榱丝朔@一缺點，將功能函數(shù)分成幾個區(qū)域，在不同的區(qū)域中用不同的響應(yīng)面函數(shù)擬合，并用于鐵路明洞荷載效應(yīng)統(tǒng)計特征計算中，有效地減少了計算量，并得到滿足要求的結(jié)果。文獻?！疤岢隽松窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，文獻。“。提出了徑向基（）網(wǎng)絡(luò)；模型是、和提出的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基（）網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)值計

27、算方法也引入到響應(yīng)面的模擬中，增加了模擬的精度和計算效率，但現(xiàn)階段其功能限于計算構(gòu)件可靠度。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠度計算方法相比，響應(yīng)面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有計算時間短，可以用于隱式功能函數(shù)，容易運用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的特點。對其形式做一些改進，可以運用于非線性、隨機性強的可靠度分析。文獻?！啊碧岢隽死梅ㄓ嬎憬Y(jié)構(gòu)可靠度，由于就具有對連續(xù)變量全局最優(yōu)的特點，所以得到的結(jié)果一定是函數(shù)的可靠指標：并且與傳統(tǒng)所有算法相比，具有如下余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索優(yōu)點：容易實現(xiàn)、計算時間短、結(jié)果精確：由于算法是階算法，計算過程中不需要導(dǎo)數(shù)響應(yīng)面擬合可靠度曲面存在的主要問題有：文獻?！痹诟髯兞繉δ芎瘮?shù)的影響不同時依

28、靈敏度從高到低排序，下一步的工作是在功能函數(shù)的變量序列中引入靈敏度因子、構(gòu)造合理的評估方法來評估變量對全局重要性影響的。，乜用響應(yīng)面對不同類型功能函數(shù)擬合，結(jié)果表明當功能函數(shù)的非線性較強、變量之間的相關(guān)性較高時，誤差較大，并且在驗算點處可靠指標產(chǎn)生振蕩。嘲從數(shù)理統(tǒng)計的角度解釋了響應(yīng)面法擬合某些可靠度曲面存在不穩(wěn)定現(xiàn)象：由于響應(yīng)面是二次多項式曲面，這就隱含了二次曲面模型的剛性和不適應(yīng)性。工程的基本資料沒有引入到響應(yīng)面中，作為變量區(qū)域的限制和作為初始點選擇的參考，初始點依然是從變量的平均值開始，大最的研究表明，對不同的結(jié)構(gòu)體系，初始點的選擇對計算精度有很大的影響。本論文的運用中的結(jié)構(gòu)可靠性分析模塊

29、，選用其提供的試驗設(shè)計方法中的中心復(fù)合設(shè)計法（方法：）。中的結(jié)構(gòu)可靠性分析模塊是一種成熟的響應(yīng)面模擬方法，能對任一輸出結(jié)果變量進行獨立的靈敏度分析，在各變量對功能函數(shù)的影響不同時依靈敏度從高到低排序，過濾影響因子小的變量。小結(jié)本章介紹了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理、特點及設(shè)計方法?；仡櫫丝煽慷鹊幕驹砑艾F(xiàn)有的算法，體系可靠度的研究現(xiàn)狀和實效模式尋找方面取得的進展。對響應(yīng)面法擬合體系可靠度的各種設(shè)計思想和數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)作了回顧，并對其在工程中的應(yīng)用作了總結(jié)。大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文拱橋工程概況及計算參數(shù)渾河長青大橋位于沈陽市東南郊長青街南端，距原橋址下游約米處。由沈陽市渾河建設(shè)委員會于年月至年月期間

30、組織建設(shè)，設(shè)計單位為遼寧省水利水電勘察設(shè)計院，旅工單位為沈陽市市政建設(shè)工程公司。該橋年竣工。計算依據(jù)及技術(shù)資料、沈陽渾河長青橋檢測招標任務(wù)書；、沈陽渾河長青橋檢測合同書；、沈陽市渾河長青大橋工程竣工圖紙（部分）；、沈陽市渾河長青橋施工監(jiān)測報告；、沈陽市渾河長青橋靜、動載檢測；、公路橋隧設(shè)計規(guī)范匯編，北京：人民交通出版社，：、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程，北京：中國計劃出版社，。拱橋概況圖長青大橋主橋廿鵲一電余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索渾河長青大橋由主橋和引橋組成。主橋由三孔不等跨中承式鋼管混凝土拱橋（見照片）組成，長為；拱肋布置在快車道與慢車道之間，為兩條分離式平行無鉸鋼管混凝土拱肋

31、，中心距離為。主橋部分有四個橋墩，即、橋墩，其中北邊拱肋由、橋墩支撐；主拱肋由、橋墩支撐；南邊拱肋由、橋墩支撐。、橋墩為實體墩，墩體混凝土為，墩帽混凝土為；、橋墩為分體墩，分體墩之間在墩帽處用×實體鋼筋混凝土系梁聯(lián)結(jié)。、橋墩基礎(chǔ)采用階梯沉井，長為，寬為，高為，設(shè)三道隔墻，并壁厚，沉井采用排水下沉，井內(nèi)填充片石混凝土，井蓋板厚為。、橋墩基礎(chǔ)采用根口的鉆孔灌注樁，梅花型布置。主橋橋面總寬為，橋面布置為人行道慢車道拱肋快車道拱肋慢車道人行道。主橋主拱凈跨徑為，計算跨徑為，諍矢高為，計算矢高為，凈矢跨比為。主拱拱肋由兩根留×衄上弦鋼管、兩根口×】下弦鋼管、口×咖

32、豎、斜腹桿及口×橫聯(lián)鋼管組成等截面鋼桁架，拱肋高，寬，上、下弦鋼管內(nèi)填充混凝土。主橋邊拱凈跨徑為，計算跨徑為，凈矢高為，計算矢高為，凈矢跨比為。邊孔拱肋由兩根口×上弦鋼管、兩根口×下弦鋼管、口×哪豎、斜腹桿及仁×啪橫聯(lián)鋼管組成等截面鋼桁架，拱肋高，寬，上、下弦鋼管內(nèi)填充混凝土。主橋橋面系由橫梁、門架、實體行車道板組成，采用吊桿作為橋面系的支撐構(gòu)件，橋面荷載通過吊桿傳到拱肋上。吊桿由口×鋼絞線構(gòu)成，主拱共有根吊桿：邊拱共有根吊桿。橫梁分為、四種型號，其中、型為吊桿橫梁，型為穿拱肋橫梁，型為簡支橫粱，主拱共有型橫梁根、型橫梁根、型橫梁根、

33、型橫梁根；邊拱共有型橫梁根、型橫梁根、型橫梁根、型橫梁根。為提高全橋的整體性，兩條拱肋通過拱頂橫梁、型橫梁、型撐及型橫梁聯(lián)系在一起。拱頂橫粱設(shè)置在拱肋處；型橫梁設(shè)在接近拱肋處，型橫梁由兩根口×響鋼管及讓×衄鋼管組成鋼桁架，口鋼管內(nèi)填充混凝土；型撐設(shè)置在拱腳和型橫梁之間，型撐由型鋼骨架混凝土組成，斷面為眥的箱形。大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文施工概況本橋主橋拱肋鋼桁架采用在工廠制作，現(xiàn)場拼裝的旋工方案。半孔拱肋分四段現(xiàn)場拼接成鋼桁架再整體起吊至拼裝高度。兩半孔拱肋空中合攏后拱腳固結(jié)，使體系由兩鉸拱轉(zhuǎn)換為無鉸拱，拱肋鋼管內(nèi)的混凝土由兩拱腳對稱泵送至拱頂。主橋橋面系橫梁在設(shè)計橫梁位置的

34、正下方現(xiàn)場預(yù)制，上強度后借助拱肋垂直吊裝至設(shè)計位置，行車道板在預(yù)制場預(yù)制，然后安裝在橫梁上，再焊接端頭鋼筋，澆注混凝土，使之成為整體連續(xù)板。主拱鋼管合攏在年月日，合攏時氣溫高達以上。由于渾河當時為主汛期，管內(nèi)的混凝土灌注推后至汛期之后、水位降低、便于施工的月份進行，當時的氣溫為。主拱吊裝合攏時，由于準備不足等原因，致使西側(cè)拱肋拱頂部位較原設(shè)計低姍，東側(cè)拱肋拱頂部位較原設(shè)計低哪。本論文拱頂鋼管下降的討論是基于施工過程主拱肋中出現(xiàn)的誤差而展開的。假定東西側(cè)的拱軸線拱頂部位均下降珊，其余節(jié)點均勻下降，至拱腳處下降為。靜力計算內(nèi)容及計算假定計算內(nèi)容、橋梁靜力計算依據(jù)可靠度設(shè)計理論，采用極限狀態(tài)設(shè)計方法

35、；、拱橋主拱在各種工況下的控制點撓度（拱頂、拱肋、拱肋）計算及變形校核；、拱橋主拱在各種工況下的拱頂、拱肋、拱肋、應(yīng)力計算；、拱橋主拱在各種工況下的拱肋整體縱向穩(wěn)定性計算；計算假定為簡化計算，特做如下假定：、主橋拱軸線按設(shè)計拱軸線計算，通過下降拱軸線與設(shè)計拱軸線對自重作用影響的計算對比，分析誤差范圍。、根據(jù)現(xiàn)場觀測，計算中不考慮主橋縱梁（施工圖中有縱梁）。、吊桿參數(shù)以上海浦江纜索股份有限公司提供為準。、主橋邊拱計算采用以下假定（）橫梁和吊桿對稱布置；余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索（）橫梁截面尺寸、材料特性、材料重量；橋面板行車道板截面布置、材料特性、材料重量，鋪裝層體積、重量；吊桿鋼絞

36、線根數(shù)、型號、截面面積、材料特性、材料重量等參數(shù)均采用主拱參數(shù)。、當?shù)卦缕骄鶜鉁匕次蟹秸J定的氣溫考慮（詳見§）。計算軟件、正負號規(guī)定及單位計算軟件、使用通用的有限元計算軟件分別進行三維有限元靜力計算和可靠度分析，產(chǎn)生可靠度擬合響應(yīng)面；、利用語言編寫程序，計算結(jié)構(gòu)可靠指標和驗算點。正負號規(guī)定本報告的方向敘述同實際方向。坐標系采用右手坐標系，每座拱采用單獨坐標系統(tǒng)，坐標原點位于拱頂，坐標由北指向南，坐標向上為正方向。撓度：向上為正，向下為負；水平支座反力：推力為正；豎直支座反力：向上為正；彎矩：拱軸下側(cè)受拉為正，上側(cè)受拉為負（影響線直接畫在受拉側(cè)）；軸力：受拉為正，受壓為負：正應(yīng)力：受

37、拉為正，受壓為負。單位撓度：；彎矩：心力：斟；應(yīng)力：。大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文計算參數(shù)結(jié)構(gòu)幾何及物理參數(shù)主要結(jié)構(gòu)形式及建筑物等級主橋：四肢式等截面鋼管混凝土無鉸拱橋，拱軸線型為懸鏈線，建筑物等級為一級。引橋：矩形變截面鋼筋混凝土無鉸拱橋，拱軸線型為懸鏈線，建筑物等級為一級。設(shè)計荷載及作用效應(yīng)組合設(shè)計荷載恒載，汽車一超級，溫度荷載，混凝土收縮。作用效應(yīng)組合組合：恒載汽車一超；組合：恒載汽車一超溫降混凝土收縮；組合：恒載汽車一超溫升。小結(jié)介紹了研究課題的工程背景、計算內(nèi)容、簡化計算合理的假定，計算軟件的選擇，鋼管混凝土拱橋極限狀態(tài)設(shè)計方法設(shè)計的主要參數(shù)，設(shè)計荷載及作用效應(yīng)組合的確定。為后面的靜力計算及可靠度計算提供理論依據(jù)，對其實現(xiàn)方法作一概述。余大勝：鋼管混凝土拱橋體系可靠度的探索有限元極限狀態(tài)設(shè)計法靜力計算本論文以主拱肋的可靠度計算為依據(jù)展開討論體系可靠度，所以靜力計算及其相關(guān)數(shù)據(jù)只有主拱肋。為計算橋梁的靜力，必須