基于迭代序列响应面的桥梁体系承载力可靠度评估.pdf

No．3 第30卷，第3期 中 国 铁 道 科 学 V01．30 2 0O 9年5月 CHINARAII。WAYSCIENCE May，2009 文章编号：1001—4632(2009)03一0040—05 基于迭代序列响应面的桥梁体系承载力可靠度评估 李星新1’2，汪正兴2，任伟新1 (1．中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075；2．武汉桥梁科学研究院有限公司，湖北武汉430034) 摘要：运用迭代序列响应面法和非线性有限元法，对桥梁结构承载能力体系进行可靠度评估。对大桥结 构进行概率灵敏度分析，获得影响桥梁结构极限承载力的主要结构参数。应用实验设计方法得到输入参数值 (桥梁荷载和体系状态)，将桥梁极限承载力作为响应面的输出参数，按照迭代序列响应而法得到桥梁体系极限 承载力的回归方程，再与倚载共同组成桥梁体系承载力的极限状态方程；使用该极限状态方程和改进的一次二 阶矩法，计算桥梁体系的失效概率与验算点，利用验算点求得新的展Jf点进行迭代计算，最终得到桥梁体系承 载力的可靠度。应用该方法对九江长江大桥进行体系承载力町靠度评估的结果表明：经2次响应面迭代计算得 到的响应面拟合精度达o．61％；九江长江大桥3大拱在中跨满载和边跨满载时的体系承载能力可靠度分别为 5．75与5．90，均在正常范围内。 关键词：公铁两用桥；可靠度评估；迭代系列响应面法；非线性有限元；极限承载力 中图分类号：U441．2：U446文献标识码：A 传统的体系可靠度分析方法可以分为3类：直 应)的变换函数，这个变换函数称作响应面。当结 接法(如直接积分法和直接模拟法)、分析法(如 构系统的响应面已知时，也就是功能函数已知，就 失效模式法和分支界限法)和综合法(如贝叶斯更 可以很方便地写出结构系统的极限状态方程。 新法等)。近年来，Irfan等研究者开始应用响应面 通过可靠度分析，可以求解验算点并得到结构 方法进行结构体系可靠度的研究尝试[1]，李广慧将 的可靠指标，而应用响应面法的近似极限状态曲面 响应面法和非线性有限元分析结合起来应用于桥梁 可以较容易地求解可靠指标，由于极限状态曲面是 体系可靠度分析[2]。后来又有学者建立和发展了迭 近似的，因此需要迭代求解。基于此，文献[6] 代响应面法[3“]。本文提出将迭代序列响应面法与 提出了迭代序列响应面法，其具体步骤如下： 非线性有限元分析[5]结合的桥梁体系可靠度评估方 (1)取初始迭代点三‘1’=(z{¨，…，z}¨，…， 法，并应用该方法对九江长江大桥进行承载能力体 z：)，初始迭代点一般取各输人参数的平均值； 系可靠度分析。 (2)利用有限元计算初始输入为(z{，…， 1基于迭代序列响应面法的体系可靠 输出结果，求得相应的估计值(输出个数根据中心 度求解方法 复合设计法确定f1])，其中厂的取值可按3仃(盯为 标准差)原则选取，在第1次迭代计算中，建议取 在结构可靠性分析中，结构的极限状态是由功 2或取3，在以后各次迭代计算中，建议取1； 能函数表达的，但功能函数表达式往往是高度非线 (3)根据输入和求得的估计值插值求解功能函 性的，很难求解。因此，有必要在保持实际结构体 ” n 系的必要特性的前提下，简化力学性能模型，以便 i=1 l—I 可以在各种体系荷载作用下对体系性能进行简单计 6i，G(i一1，2，…，”)，从而得到当前迭代点处功能 算。换言之，必须找到合适的联系输入参数(荷载 函数的近似极限状态方程Z—g(z)一S，其中S为 和体系状态)和输出参数(对应力、位移等的响 荷载作用； 收稿R期：200