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篇1

完善的監(jiān)理管理制度是落實電力工程監(jiān)理管理的前提條件，因此電力企業(yè)要根據(jù)電力工程的實際特點完善安全監(jiān)理制度。由于電力工程建設(shè)監(jiān)理單位對相關(guān)法律法規(guī)認識不深，這在很大程度上制約了監(jiān)理制度的發(fā)展，工程監(jiān)理也難以與國際接軌。因此，為了有效發(fā)揮監(jiān)理單位的作用，應通過完善工程監(jiān)理法律法規(guī)體系來促進監(jiān)理行業(yè)的發(fā)展，使監(jiān)理單位在電力工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用。在工程監(jiān)理法律法規(guī)體系中，應明確規(guī)定監(jiān)理單位的責任和義務，包括:第一，監(jiān)理單位需要對電力工程建設(shè)的質(zhì)量、安全、成本、施工進度進行控制，進行工程建設(shè)信息和合同管理，積極協(xié)調(diào)相關(guān)單位間的工作關(guān)系。第二，明確電力工程監(jiān)理的工作范圍，包括設(shè)計方案討論;檢查施工圖方案;參與對承包商的招標評標;參與施工圖交底、組織圖紙會審;檢查施工現(xiàn)場原材料及構(gòu)件數(shù)目及質(zhì)量等。第三，監(jiān)理單位必須與業(yè)主簽訂監(jiān)理合同，合同內(nèi)容應包括監(jiān)理工作范圍，雙方權(quán)利、義務和責任，合同必須按照《火力發(fā)電、輸變電工程監(jiān)理招標程序及招標文件范本》的相關(guān)規(guī)定，雙方必須嚴格執(zhí)行合同內(nèi)容。第四，實行總監(jiān)理師負責制，設(shè)立由專業(yè)監(jiān)理工程師、總監(jiān)理師及其他監(jiān)理人員組成的監(jiān)理機構(gòu)，在施工現(xiàn)場設(shè)立監(jiān)理機構(gòu)，并配備相應的監(jiān)理人員，各自履行自己的監(jiān)理職責，由總監(jiān)理師相關(guān)指令，總監(jiān)理師有一定的授權(quán)范圍，有權(quán)終止工程建設(shè)單位合同。

2電力企業(yè)應加強員工安全施工培訓

安全管理監(jiān)督管理體系的建立和設(shè)備定期的維修，在很大程度上可以提高變電站的運行安全。在變電站的電力設(shè)備操作過程中，存在較大的危險，尤其是在變電運行的過程中，需要大量的工作人員對設(shè)備進行操作，如果工作人員在操作過程中，安全意識不高，違規(guī)操作或者在操作的過程中發(fā)生失誤，就有可能造成嚴重的后果，不僅有可能造成無法挽回的損失，更有甚者會造成人員傷亡。因此，電力企業(yè)要加強對員工安全施工的培訓。同時，在變電站安全運行管理中，工作人員的文化素質(zhì)及道德水平在很大程度上影響著電力工程的建設(shè)質(zhì)量，加強對工作人員的培訓工作，既要加強安全知識技能的學習，也要加強安全管理和相關(guān)法律法規(guī)知識的學習。通過制定績效考核制度充分調(diào)動監(jiān)理人員學習的積極性和主動性，只有提高了工作人員的文化素質(zhì)，工作人員才能做好電力工程監(jiān)督管理工作。對于高空作業(yè)的工作人員，必須要求持證上崗，加強對工作人員的知識教育，給予業(yè)主和施工單位更多的專業(yè)指導，做到“三控、兩管、一協(xié)調(diào)”的管理，提高電力工程質(zhì)量。在電力工程建設(shè)中，只有工作人員的業(yè)務技能得到提升，同時具備相應的法律道德觀念，才能促進電力工程建設(shè)活動的順利開展。通過對電力工程建設(shè)實行全過程的動態(tài)管理，充分發(fā)揮監(jiān)督管理的作用，以促進電力工程建設(shè)持續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)展，提高電力安全監(jiān)督的可靠性。

3加強電力安全監(jiān)督隊伍的建設(shè)

面對當前電力企業(yè)存在的問題，要順應時代的發(fā)展，充分利用科學技術(shù)和法律對電力進行有效的監(jiān)督。電力企業(yè)首先就要建立一支高效的監(jiān)督隊伍，定期對監(jiān)督人員進行培訓，使監(jiān)督人員通過培訓不斷提高監(jiān)管知識，熟練掌握和運用國家關(guān)于安全生產(chǎn)方面的法律法規(guī)，提高監(jiān)管人員的綜合素質(zhì)。同時，為了提高監(jiān)管人員在執(zhí)法中的工作效率和提高監(jiān)管人員的事故調(diào)查能力，要求監(jiān)督人員具備對特殊事故的應急處理能力。只有建設(shè)起高素質(zhì)的監(jiān)督管理隊伍，才能實現(xiàn)電力企業(yè)安全監(jiān)督的可靠性。其次，電力企業(yè)還要明確劃分安全檢查的主要任務。電力企業(yè)電力安全監(jiān)督的主要任務，就是徹底解決變電站運行過程中的熱點問題和突發(fā)事件，把電網(wǎng)和電力供應安全作為電力企業(yè)安全監(jiān)督的核心，及時了解安全生產(chǎn)的動態(tài)，掌握電力生產(chǎn)過程中發(fā)生的新問題，并根據(jù)問題的實際情況，制定相關(guān)的解決方案。再次，電力企業(yè)還要提高變電作業(yè)的風險意識。安全監(jiān)察工作就是對風險進行管理，在傳統(tǒng)變電作業(yè)中，缺乏風險防范意識，這種傳統(tǒng)的方式已經(jīng)不能滿足當下社會主義經(jīng)濟建設(shè)對安全作業(yè)的要求，因此，要求電力企業(yè)對變電作業(yè)風險管理工作引起重視，建立完善的風險控制體系，將變電作業(yè)的風險降到最低。

4結(jié)語

篇2

關(guān)鍵詞：地下工程，支護結(jié)構(gòu)，可靠性

 

0.前言

地下支護是一種復雜的工程結(jié)構(gòu)體系，其構(gòu)筑過程中整個結(jié)構(gòu)體系的力學特性和穩(wěn)定性不僅受到巖石的生成條件和地質(zhì)作用的影響，還受到隧道開挖方法、支護類型、支護時機、支護參數(shù)等因素的影響。若巖體強度高，整體性好，斷面形狀有利；巖體的變形發(fā)展到一定程度將自行終止，圍巖是穩(wěn)定的。反之，巖體的變形將自由發(fā)展下去，最終導致圍巖整體失穩(wěn)而破壞。這種情況下，在開挖后適時地沿周邊設(shè)置支護結(jié)構(gòu)，對巖體產(chǎn)生抗力，形成約束。但考慮到地下結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性，應當結(jié)合圍巖和支護的相互作用，達到一種可靠性設(shè)計。

1.概述

地下工程設(shè)計的目的是使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)能夠完成全部功能要求，并且有足夠的可靠性。論文參考網(wǎng)。所指的基本功能是由其用途決定的。性能指標有安全性、適應性和耐久性。一個建筑結(jié)構(gòu)在

具有了這三種性能之后，稱之為具有可靠性。支護結(jié)構(gòu)的基本作用就是和圍巖一起組成一個有足夠安全的地下結(jié)構(gòu)體系，能夠承受可能出現(xiàn)的各種荷載，保持地下工程斷面的使用凈空。同時支護結(jié)構(gòu)還要確保圍巖性能的進一步惡化。因此，對既定的地下工程選擇適當支護結(jié)構(gòu)應具有與上述作用相適應的構(gòu)造、力學特性和施工的可能性與可靠性。在支護結(jié)構(gòu)具有極大剛度的情況下圍巖可以一點不產(chǎn)生變形；但支護結(jié)構(gòu)必須使圍巖保持原有的應力狀態(tài)。若支護結(jié)構(gòu)設(shè)施過遲，將會引起圍巖結(jié)構(gòu)松弛，自重能力下降。所以從可靠性和經(jīng)濟性考慮，在進行既定工程實施開工時，須考究工程圍巖特性和支護對其作用機理。

2.支護結(jié)構(gòu)可靠性的確定

可靠性是非數(shù)量的概念，為了把可靠性作為建筑結(jié)構(gòu)性能的數(shù)量化指標，我們將在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成預定功能的概率稱為可靠度。結(jié)構(gòu)完成預定功能的標志由極限狀態(tài)方程來衡量。結(jié)構(gòu)整體或部分在超過某狀態(tài)時，結(jié)構(gòu)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能的要求的這種狀態(tài)，稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)一般由狀態(tài)函數(shù)(或稱功能函數(shù))加以描述。設(shè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)函數(shù)為

當z＞0時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當z＜0時，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當z＝0時，結(jié)構(gòu)處

于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的可靠度即功能函數(shù)z＞0時的概率為

結(jié)構(gòu)的失效概率即功能函數(shù)z<0時的概率為

顯然有

可靠度分析中常用可靠度指標β來表示結(jié)構(gòu)的可靠度，β定義為

若將正態(tài)變量S、R變?yōu)闃藴收龖B(tài)隨機變量，則可靠度指標的幾何涵義就是標準正態(tài)坐標系SOR中原點到權(quán)限狀態(tài)直線的最短距離，引入到多個正態(tài)隨機變量情況，可靠度指標就是標準正態(tài)空間中原點到極限狀態(tài)面的最短距離，如圖所示。

3.工程中支護結(jié)構(gòu)的可靠選擇

在地下施工中，支護結(jié)構(gòu)的選擇應根據(jù)客觀需要和實際可能相結(jié)合的原則?？陀^需要是指圍巖和地下水的狀況，其狀態(tài)有可能對穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生影響。實際可能就是支護結(jié)構(gòu)本身的能力、適應性、經(jīng)濟性、及施工的可能性。比如，在多變的地質(zhì)條件、塊裂巖體及形狀復雜的地下洞室，從使巖體強度增強的角度講應采用錨桿。錨桿是一種能迅速起作用的支護類型，而且在復雜環(huán)境下不占作業(yè)空間，分布均勻。在軟弱巖體、塑性或流變巖體和膨脹性巖體中，以及在圍巖壓力較大的條件下，保證工程的穩(wěn)定安全，支護結(jié)構(gòu)必須封閉。論文參考網(wǎng)?；炷恋目估旌蛷澢芰^淺，因此在素噴混凝土時通常都配合金屬網(wǎng)一起使用。還有，在工程中對于抗拉性能較差的混凝土支護結(jié)構(gòu)應盡量避免受彎矩作用，如設(shè)計的薄一點，圓順些，在支護結(jié)構(gòu)中設(shè)置鉸或縱向伸縮縫，增加支護結(jié)構(gòu)的柔性，減少彎矩，但必須結(jié)合地下工程的防水要求一并考慮。此文對支護結(jié)構(gòu)中鉸的防水問題不做討論。

4.支護結(jié)構(gòu)可靠性分析

通常，地下工程文護結(jié)構(gòu)計算需考慮地層和支護結(jié)構(gòu)的共同作用，一般都是非線性的二維和三維問題，而且，計算還與開挖方法、支護過程等有關(guān)。對于這類復雜問題，只有在特殊情況下才可能得到解析解答。目前，對支護結(jié)構(gòu)數(shù)值的分析大都采用有限元法。根據(jù)地下下程的支護結(jié)構(gòu)與其周圍巖體共同作用的特點，通常可把支擴結(jié)構(gòu)與巖體作為—個統(tǒng)一的組合體來考慮，將支護結(jié)構(gòu)及其影響范圍內(nèi)的巖體一起進行離散化。地下工程有限元法多數(shù)采用內(nèi)部加載方法求解，需要求調(diào)用內(nèi)部邊界上的釋放荷載，并將其化為節(jié)點力。沒沿預計開挖線上各點初始應力，在離散化的情況下，可假定沿開控面上兩相鄰節(jié)點之間的初始應力呈線性變化，如圖所示，當開挖邊界節(jié)點按逆時針次序排列時，開挖所引起的等效荷載釋放。

有限元法作為一種廣泛應用的數(shù)值解法，其計算的準確性與精度是不用懷疑的。然而應用于地下工程中，計算結(jié)果往往與實際有一定距離。一般來說，有限元法獲得的圍巖穩(wěn)定計算結(jié)果的可靠性，取決于下述三個因素：(1)巖體參數(shù)取值的可靠性和準確度，主要是地應力和巖體力學參數(shù)。(2)圍巖力學模型選用的正確性。(3)有限元的正確剖分和非線性計算的收斂情況。當然各種計算方法所得的安全度是不一樣的，都缺乏非常嚴格的理論依據(jù)。從可靠性講，有限元法當前普遍適用。

5.支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則和要求

一個可靠的支護結(jié)構(gòu)應滿足三點基本要求。一、保證支護結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個整體進行工作，過去工程的常用的木支撐和模板灌注混凝土襯砌，因為其施工工藝原因很難做到牢固接觸，所以支護效果較差。由于接觸點不固定，圍巖壓力極不均勻，常常造成襯砌受力異常，發(fā)生開裂甚至喪失使用功能。設(shè)計理論應全面接觸為出發(fā)點，盡量選用能達到這個要求的結(jié)構(gòu)形式。二、允許地下結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生有限制的變形，以充分發(fā)揮圍巖的承載能力而減少支護結(jié)構(gòu)的作用，使兩者更加協(xié)調(diào)地工作。當然，柔性支護結(jié)構(gòu)的柔度也應該有一定的限度，絕不是越柔越好。三、要能分期施工，并使早期支護和后期支護相配合，主動控制圍巖的變形。論文參考網(wǎng)。當變形發(fā)展到一定程度時，初次支護可能因強度不足而產(chǎn)生問題，要隨時補強到變形趨于基本穩(wěn)定后再做后期支護結(jié)構(gòu)。這種可分式的支護結(jié)構(gòu)不僅使作業(yè)靈活，而且可以保證支護結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和可靠性。

基于要求，我們對各種支護結(jié)構(gòu)都要有一個正確的評價，以便根據(jù)變化的地質(zhì)條件加以合理的選擇。

【參考文獻】

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[2]賀少輝.地下工程（修訂本）.北京：清華大學出版社;北京交通大學出版社,2008,3.

篇3

關(guān)鍵詞：剪壓復合作用；混凝土空心砌塊砌體；抗震抗剪強度；下降段；破壞形態(tài)

中圖分類號：TU398 文獻標志碼：A 文章編號：16744764（2012）05000105

隨著豎向壓應力σy的增加，混凝土空心砌塊砌體的剪切破壞依次表現(xiàn)為剪摩、剪壓和斜壓3類破壞形態(tài)[15]，如圖1所示，而與之對應的分別是庫侖、主拉應力和主壓應力理論[1， 612]，如圖2所示。但是，中國現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[13]（簡稱砌體規(guī)范）和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[14]（簡稱抗震規(guī)范）對混凝土空心砌塊砌體的靜力和抗震抗剪強度采用了各自不同形式的庫侖理論公式，兩者不僅在計算方法上不統(tǒng)一，而且在可靠度的取值上也與相對成熟的燒結(jié)普通磚砌體相差較大。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

〖=D（〗 呂偉榮，等：混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度〖=〗 1）正如圖1、2所示，單一的庫倫理論公式僅適用于其對應的剪摩破壞，而對于另兩類破壞形態(tài)，特別是具有明顯下降段的斜壓破壞，則擬合較差，甚至偏于不安全[1]。

2）如圖3所示，盡管現(xiàn)行抗震規(guī)范較2001版規(guī)范在混凝土空心砌塊砌體的抗震抗剪強度計算上進行了調(diào)整，但當σ0/fv大于16時，按水平段取值仍不具備下降段，與實際明顯不符，不能滿足日益增長的高層配筋砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計[1516]的要求。

3）以MU10、M75的燒結(jié)普通磚砌體和MU10、Mb7.5的混凝土砌塊砌體為例（取永久荷載分項系數(shù)γG=1.2），如圖3所示，對于國內(nèi)試驗數(shù)據(jù)相對較多，運用也較為成熟的燒結(jié)普通磚砌體，其靜力抗剪強度曲線①普遍高于抗震抗剪強度曲線③；而對實驗數(shù)據(jù)相對較少的混凝土空心砌塊砌體，其靜力抗剪強度曲線②普遍低于抗震抗剪強度曲線④。兩本規(guī)范對于這兩類砌體結(jié)構(gòu)在抗剪強度計算上表現(xiàn)出來的不同規(guī)律，值得商榷。

綜上所述，現(xiàn)行抗震規(guī)范采用庫倫理論公式計算混凝土空心砌塊砌體的抗震抗剪強度不僅不全面，而且其可靠度也值得質(zhì)疑。針對以上問題，李曉文[17]、駱萬康[18]、蔡勇[8， 12]、梁建國[19]等中國學者均對此進行了系統(tǒng)地研究，并提出了各自的計算公式，但均無法實現(xiàn)對剪摩、剪壓和斜壓三類破壞形態(tài)的全面模擬。

為此，本文作者于2008年提出了砌體剪壓破壞區(qū)理。該理論認為，既然在多數(shù)的砌體剪壓試驗中剪摩與剪壓破壞或剪壓與斜壓破壞共同出現(xiàn)，不妨將砌體的三類剪壓復合破壞分為剪摩剪壓破壞區(qū)和剪壓斜壓破壞區(qū)，通過引入權(quán)函數(shù)，推導出相應的砌體靜力與動力抗剪強度簡化公式[11]：

其中A、B及a需根據(jù)試驗結(jié)果確定。在文[11]中，盡管也曾提出了混凝土空心砌塊砌體的抗震抗剪強度公式，但該公式中A、B及a等參數(shù)的確定僅僅是在其靜力抗剪強度公式的基礎(chǔ)上，簡單的對其曲線峰值折減15%得到，缺乏試驗支持。

因此，本文將基于砌體剪壓破壞區(qū)理論，引入近年來收集到的中國58片混凝土砌塊砌體墻的剪壓試驗結(jié)果[19]，在保證可靠度的基礎(chǔ)上，運用曲線擬合方法，確定式（1）的3個參數(shù)，提出了剪壓復合作用下混凝土砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計值全曲線公式，解決了現(xiàn)行砌體和抗震規(guī)范中存在不合理和不安全的問題。1 剪壓復合作用下混凝土空心砌塊砌體的抗剪強度全曲線 砌體剪壓破壞區(qū)理論簡化公式（1）具有下降段，能較全面的模擬砌體剪壓破壞全曲線。為此，本文根據(jù)圖1曲線中相關(guān)數(shù)學特征，可對公式（1）中的參數(shù)A、B及a確定如下：

根據(jù)中國現(xiàn)有的58片不同高寬比、不同試件尺寸、不同加載方式的混凝土空心砌塊砌體結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果[19]，如圖4所示，同時參考相關(guān)文獻研究成果，對剪壓復合作用下混凝土空心砌塊砌體抗剪強度曲線的關(guān)鍵參數(shù)取值如下：

1）曲線峰值點坐標（b， ymax）的取值

如圖5所示，對于坐標系統(tǒng)為x=σy/fm、y= fvm/fm的混凝土空心砌塊砌體的剪壓相關(guān)曲線而言，相關(guān)文獻中橫坐標b的取值各不相同：重慶建筑大學駱萬康教授（1999年）對于普通粘土磚動力剪切試驗回歸曲線峰值點取為0502；湖南大學劉桂秋教授（2000年）對于砌體結(jié)構(gòu)統(tǒng)一取為067[10]；而對于混凝土而言，其剪壓相關(guān)曲線峰值坐標為060。綜合以上取值，并考慮到動力試驗的取值相對偏低，本文建議取為055。

如圖4所示，文[19]的試驗值與式（6）計算值比值的平均值為1.27，變異系數(shù)為0245，兩者吻合較好，且式（6）的計算值偏于安全。

同時，與文[19]的公式相比，式（6）的改進在于：1）具有下降段，能全面的反映剪壓復合作用下混凝土空心砌塊砌體的剪摩、剪壓及斜壓3個破壞階段；2）解決了文[19]的計算取值偏于保守的取值，即當σy，m/fv0， m>5，文[19]取值為水平直線。同時，當σy，m/fv0， m>13.1，文[19]的計算取值由于缺乏下降段而導致不安全，無法適用于高層配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)。

2 混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計值公式2.1 γ的取值

與試驗平均值公式取值不同，現(xiàn)行砌體規(guī)范中已明確給出了fv0和f的取值，根據(jù)砌體規(guī)范表322所列的混凝土砌塊砌體類型，可計算出γ的范圍在（0.015～0.050）之間，平均值為0.026，

2.2 抗震抗剪強度設(shè)計公式的確定

根據(jù)可靠度理論，砌體的強度設(shè)計設(shè)計值f與強度平均值fm的關(guān)系為：

（8）

如圖5所示，本文提出的混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計公式（8）與試驗平均值公式（5）相比，不僅具有可靠度保障，而且具有與試驗曲線及理論分析相同的特征。為方便工程應用，本文對表1中的各種混凝土砌塊砌體組合按式（8）的計算結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范中所采取的公式計算結(jié)果進行了對比，部分結(jié)果如下圖6所示。

圖6的計算結(jié)果表明：1）本文提出的混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度公式（8）普遍低于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的混凝土砌塊砌體靜力抗剪強度計算值，不僅提高了其抗震可靠度，而且較好的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)了燒結(jié)普通磚砌體和混凝土砌塊砌體的抗震與靜力抗剪強度設(shè)計值之間的變化關(guān)系。2）不同類型的混凝土砌塊砌體按式（8）計算的抗震抗剪強度均在σy=f時趨于0，較好地實現(xiàn)了對砌體剪壓相關(guān)曲線中3個破壞形態(tài)的模擬，避免了現(xiàn)行規(guī)范中抗剪強度單調(diào)遞增的不合理和不安全。3 結(jié)論

1）在砌體剪壓復合破壞區(qū)理論基礎(chǔ)上，根據(jù)中國已有的58片灌芯砌塊砌體墻片試驗結(jié)果，推導出混凝土砌塊砌體的剪壓相關(guān)性試驗值曲線公式（5）。與傳統(tǒng)砌塊砌體剪壓相關(guān)曲線相比，該曲線不僅光滑連續(xù)，而且具有下降段。

2）通過對式（5）曲線頂點按f=0.42 fm進行折減以及起點、終點的相關(guān)處理后，本文推導出具有一定可靠度保證的混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計值公式（8）。如圖5所示，經(jīng)式（8）的計算得到的凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計值不僅低于現(xiàn)行抗震規(guī)定的抗震抗剪強度，而且也普遍低于現(xiàn)行規(guī)范砌體規(guī)定的靜力抗剪強度，這表明式（8）不僅滿足設(shè)計可靠度要求，而且較好的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)了燒結(jié)普通磚砌體和混凝土砌塊砌體的抗震與靜力抗剪強度設(shè)計值之間的變化關(guān)系。

3）如圖6所示，本文提出的混凝土空心砌塊砌體抗震抗剪強度設(shè)計公式（8）不僅具有下降段，且對于不同類型的砌塊砌體組合基本上均在主壓應力σy=f時趨于0，較好地實現(xiàn)了對砌體剪壓相關(guān)曲線中各種破壞形態(tài)的模擬，能直接運用于高層砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免了現(xiàn)行規(guī)范中抗剪強度單調(diào)遞增的不合理和不安全。

參考文獻：

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篇4

【關(guān)鍵詞】神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；可靠度計算；懸索橋

引言

懸索橋作為一種纜索承重的結(jié)構(gòu)，20世紀后期，橋梁工程取得了很大的技術(shù)進步，人們也開展了許多基于確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)的靜力問題的研究。然而，在實際中，結(jié)構(gòu)參數(shù)中存在著大量不確定性，懸索橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及可靠性會受這些參數(shù)的影響，這些問題的解決需要借助基于可靠度的分析方法。蒙特卡羅法能夠應用于大型復雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，但是計算量非常大，消耗大量的有限元分析時間。

近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于具有良好的學習能力和推理能力，適合處理對大量數(shù)據(jù)進行分析、建立復雜的非線性映射等問題，已逐漸運用于各領(lǐng)域。本文引用前人的研究成果，將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用到懸索橋結(jié)構(gòu)可靠度分析中，作為結(jié)構(gòu)可靠性分析的一種參考方法。

1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

單層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如圖 1所示，圖中為輸入信號，表征各個信息對神經(jīng)元刺激的強弱，或稱之為權(quán)值，為神經(jīng)元的閾值，是神經(jīng)元的輸出信號，其表達式為：

（1）

式中，為激活函數(shù)，表示神經(jīng)元的輸入-輸出關(guān)系。

常用的傳遞函數(shù)，有線性函數(shù)、對數(shù)S型函數(shù)、雙曲正切S型函數(shù)。

線性函數(shù)的表達式為

（2）

對數(shù)S型函數(shù)的表達式為

（3）

雙曲正切S型函數(shù)的表達式為

（4）

在一般情況下，在隱含層均采用S型傳遞函數(shù)，而輸出層可采用線性傳遞函數(shù)或者S型傳遞函數(shù)。

根據(jù)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射存在定理，理論上證明一個任意的連續(xù)函數(shù)都能與一個3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立映射關(guān)系。因此一般選3層網(wǎng)絡(luò)。在確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)后，使用一定數(shù)量的表示結(jié)構(gòu)性能的基本變量如結(jié)構(gòu)尺寸、材料性質(zhì)、溫度、力等作為輸入變量，而將所關(guān)心的結(jié)構(gòu)上的作用效應如應力、 變形等作為輸出變量組成訓練樣本訓練，確定神經(jīng)元間的權(quán)值與閾值。由于樣本矢量各基本變量的物理單位不同，數(shù)值差距甚遠，因此，訓練樣本一般先進行歸一化處理。在訓練過程中，通過對網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值進行調(diào)節(jié)，使網(wǎng)絡(luò)的輸出目標盡量的接近期望目標，準確地模擬結(jié)構(gòu)的響應。

2 可靠度分析

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一次二階矩法是以結(jié)構(gòu)可靠度理論為基礎(chǔ)，將均勻設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)有限元分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及一次二階矩法等理論與方法有效地結(jié)合起來，解決求解功能函數(shù)為隱式、高次非線性的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)可靠度問題。具體的實施過程如下：

（1） 確定橋梁結(jié)構(gòu)基本變量的個數(shù)，并統(tǒng)計其特征，選擇適當?shù)木鶆蛟O(shè)計表得出樣本點；

（2） 建立有限元模型，計算歸一化處理后樣本點處的結(jié)構(gòu)響應值，以此為目標矢量和樣本點共同組成訓練樣本；

（3） 建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，確定所采用網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式，利用訓練樣本訓練網(wǎng)絡(luò)；

（4） 利用一次二階矩方法完成橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度計算。

3 工程實例

珠江黃埔大橋南汊橋是位于廣州市的東郊。主橋為290m+1108m+350m的單跨雙索面鋼箱梁地錨式懸索橋，采用預制平行鋼絲索股，主梁為帶風嘴的閉口鋼箱梁，梁高3.5m，全寬41.69m。圖1為該橋的總體布置圖。

圖1珠江黃埔大橋南汊懸索橋總體布置圖

采用有限元分析軟件MIDAS建立考慮幾何非線性的有限元模型，在正常使用極限狀態(tài)下，主梁在汽車荷載（不計沖擊力）作用下的最大豎向撓度為 （為中跨跨徑），建立極限狀態(tài)方程：

（5）

式中：為基本變量，包括結(jié)構(gòu)上各種作用、材料性能、幾何參數(shù)等。

本文考慮的基本變量分別為主梁、吊索、主纜彈的性模量，截面面積，主梁截面慣性矩以及活荷載，其統(tǒng)計參數(shù)見表1。

表 1珠江黃埔大橋南汊橋結(jié)構(gòu)隨機輸入變量的統(tǒng)計特征

隨機變量

變量符合

分布類型

均值

方差

主梁彈性模量（Pa）

E1

正態(tài)

2.06E+11

2.06E+10

吊索彈性模量（Pa）

E2

正態(tài)

1.10E+11

1.10E+10

主纜彈性模量（Pa）

E3

正態(tài)

2.00E+11

2.00E+10

主梁截面面積（m^2）

A1

對數(shù)正態(tài)

1.54696

0.077348

吊索截面面積（m^2）

A2

對數(shù)正態(tài)

0.00596

0.000298

主纜截面面積（m^2）

A3

對數(shù)正態(tài)

0.39648

0.019824

主梁截面慣性矩（m^4）

I

對數(shù)正態(tài)

3.21482

0.160741

活荷載（N/m）

F

正態(tài)

39060

5077.8

選取8-8-1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隱含層傳遞函數(shù)采用對數(shù)S型函數(shù)，輸出層傳遞函數(shù)采用線性函數(shù)，選著適當?shù)木鶆蛟O(shè)計產(chǎn)生的100個設(shè)計樣本，建立起輸入與輸出的關(guān)系（即極限狀態(tài)函數(shù)）。

為了驗證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的準確性，按各參數(shù)的隨機特征，隨機產(chǎn)生30個檢驗樣本點，利用有限元分析可以得到檢驗樣本的真實極限狀態(tài)函數(shù)值，并將檢驗樣本點代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算，可以比較其值，測試擬合的準確性，如圖2所示。

然后利用一次二階矩方法，計算得到的結(jié)構(gòu)可靠指標為4.9731，通過有限元-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-遺傳算法計算得到的可靠指標5.021，結(jié)果比較接近，說明此方法可以提供作為參考。

圖2檢驗樣本下擬合函數(shù)計算值與真實功能函數(shù)值的比較

結(jié) 論：

大型復雜結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)一般不能顯式明確表達，此時采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是進行可靠度分析比較方便的選擇。本程序可以直接將可靠度分析與有限元分析結(jié)合起來，文中的工程實例分析驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在可靠度分析中的有效性，能為工程應用提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]張明. 結(jié)構(gòu)可靠度分析：方法與程序[ M].北京： 科學出版社， 2009.

篇5

關(guān)鍵詞:可靠度分析；不確定性；隨機有限元；橋梁地震易損性

Abstract：The importance of reliability analysis of highway bridges in the lifetime performance is addressed in the introduction. Then, structural uncertainty and reliability methods are briefly outlined and categorized in a compact form. Some techniques of time-independent reliability methods are presented with basic formulations, among which FORM/SORM, MC method, response surface method, Neumann expansion solution are particularly highlighted. Moreover, attention is given particularly to seismic fragility of bridges. Basic principles of probabilistic seismic analysis are summerized. Finally, a practicable scheme is presented to give guidelines for future study.

Keywords：reliability analysis; uncertainty; SFEM; seismic fragility of bridge

中圖分類號： U448.14文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國橋梁建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展。雖然橋梁數(shù)目眾多，但公路橋梁的總體技術(shù)并不樂觀[1]。早期的橋梁存在結(jié)構(gòu)體系上的弱點，改革開放以后修建的橋梁，則在安全性和耐久性方面存在隱患。近年來又由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通流量出現(xiàn)了持續(xù)迅速的增長，超載致使橋梁損壞和疲勞破損現(xiàn)象頻出。歷年交通部的橋梁調(diào)查結(jié)果也顯示，我國橋梁有相當一部分處于“帶病”工作甚至在“危險”狀態(tài)。因此，為確保這些耗資巨大并與國計民生密切相關(guān)的大橋安全耐久的使用，就必須對這些大橋進行系統(tǒng)的橋梁評估。

在對橋梁進行評估時，傳統(tǒng)的方法常?；谕庥^調(diào)查或者基于專家經(jīng)驗，在評估時，一般請有經(jīng)驗的工程師對既有橋梁狀況進行評價，繼而給出相關(guān)意見[2]。由于在橋梁評估中，影響評估的因素眾多且關(guān)系復雜，因此評估與人的工程經(jīng)驗有著密切的聯(lián)系，這也使得評估中包含了許多不定因素。結(jié)構(gòu)可靠性理論[2]采用失效概率或可靠指標β來衡量其結(jié)構(gòu)的安全水平。由于以概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)，該理論可以處理荷載和抗力的不定性，并可以處理這些不確定性對橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的影響。因此，它可為橋梁評估提供一個合理的理論框架。

2 可靠度分析

目前國內(nèi)外可靠度研究[3]可分為兩個方面：從荷載的角度可分為靜力可靠度和動力可靠度，從時變特性可分為時變可靠度和時不變可靠度。在進行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，一般要保證一定的橋梁使用年限，在此期間橋梁不發(fā)生倒塌或者發(fā)生不可修復的破壞。以下的兩種方法常用來保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全：a）規(guī)范中在結(jié)構(gòu)抗力與荷載上分別使用分項系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)安全，b）使用結(jié)構(gòu)的可靠度方法分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計和評估中所涉及到的隨機性對結(jié)構(gòu)的影響。如今可靠度的思想越來越多的應用在設(shè)計中，很多國外的規(guī)范比如Eurocode8、AASHTO，也已經(jīng)規(guī)定了在設(shè)計與評估中使用可靠度分析的相應條款。在既有橋梁而言，隨著橋梁服役年限的增加，橋梁結(jié)構(gòu)中的缺陷逐漸擴展，設(shè)計時預留的安全邊際會因橋梁構(gòu)件的惡化而減少[4]。介于橋梁中結(jié)構(gòu)的缺陷、服役環(huán)境、荷載工況等都具有較強的隨機性，采用確定性的分析理論和方法并不全面，因此，引入可靠度理論進行分析更為合理。

在進行結(jié)構(gòu)可靠度分析的時候，第一個重點就是如何設(shè)定最低的安全等級，使橋梁的功能與維修的費用之間達到一個平衡。由于既有橋梁在經(jīng)過一段時間的使用后和原設(shè)計的時候有很大的差距，一些人為因素或者隨機的自然災害可能會導致橋梁結(jié)構(gòu)的失效。在實際中，造成橋梁結(jié)構(gòu)破壞的因素是復雜的，在這里大致可分為三類[5]：a）在設(shè)計時由于安全系數(shù)過低，導致安全邊際并不能完全覆蓋荷載和結(jié)構(gòu)抗力的隨機性，從而導致失效。b）可能出現(xiàn)的自然災害和過載荷載使結(jié)構(gòu)失效。c）結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工過程中可能出現(xiàn)的易損部位使結(jié)構(gòu)存在潛在的危險。

橋梁結(jié)構(gòu)體系中存在很多的不確定性因素[5]，其中包括材料性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)所承受的荷載，如車輛荷載、風荷載或地震波等。這些不確定性均影響橋梁的性能與服役年限。而結(jié)構(gòu)的不確定性的認識需要大量的試驗和研究資料，一些這方面的工作[6] [7]已經(jīng)很好的完成，為結(jié)構(gòu)可靠度方法的使用和應用打下了良好的基礎(chǔ)。由于結(jié)構(gòu)失效的模式可分為單個構(gòu)件的破壞和整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)破壞兩類。因此，對橋梁的可靠度分析有兩個水平，構(gòu)件水平上的分析和結(jié)構(gòu)體系水平上的分析。在結(jié)構(gòu)體系水平的分析中，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的破壞模式[2]，將結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系、并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系和混聯(lián)體系，其中混聯(lián)體系是指由串聯(lián)體系和并聯(lián)體系共同構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。因此，對于一個具體的結(jié)構(gòu)都有轉(zhuǎn)化為串聯(lián)體系或并聯(lián)體系來分析。串聯(lián)模型一般要分析橋梁的多個失效模式，其中任意一個失效即判定結(jié)構(gòu)失效，而并聯(lián)模式則用單一構(gòu)件的失效路徑來判定結(jié)構(gòu)的失效。

另外，大部分可靠度分析都可以簡化為與時間無關(guān)，而當結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)并非平穩(wěn)隨機過程[4]時，相應的問題即應該用時變可靠度分析。時變可靠度分析常用在荷載隨著時間改變或者結(jié)構(gòu)抗力隨著時間持續(xù)惡化，比如結(jié)構(gòu)在腐蝕，疲勞等情況下。Kamenda[8]在1974年對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提出了時變可靠度分析的概念與理論。Nowak[9]對橋梁結(jié)構(gòu)使用時變可靠度理論，研究了結(jié)構(gòu)抗力退化對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。Mori和Ellingwood[10]則將時變可靠度理論應用在混凝土結(jié)構(gòu)的壽命預測與維修決策上。

在結(jié)構(gòu)的可靠度分析中，一般按大類分為分項系數(shù)的方法和概率方法。由于分項系數(shù)的方法較為簡單，分項系數(shù)的取值并不能很好的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗力和荷載的隨機性，實際中應用較多的是第二種方法。

2.1分項系數(shù)的方法

這種方法[5]的一般形式如下：

（1）

是結(jié)構(gòu)的抗力，是結(jié)構(gòu)上i荷載的作用，是用來考慮結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和力學性能上的隨機性的。是i荷載上的分項安全系數(shù)。（1）僅用在構(gòu)件水平的評估上。對于整橋水平的分析，由于單一的構(gòu)件的破壞也許并不能使整個橋梁破壞，因此必須要考慮到整個橋梁的延性，那么（1）式，將變?yōu)橄率?/p>

（2）

（2）式中，用來考慮橋梁體系的延性。

2.2概率的方法

這種方法[4]的檢驗方程如下：

（3）

是計算出來的失效概率，是目標失效概率。通常，失效的概率也用其他的方法來表達，即可靠度指標。

（4）

是失效概率的標準正態(tài)分布的反函數(shù)。另外，可用下式表示。

（5）

是極限狀態(tài)函數(shù)，用下式表示

（6）

是結(jié)構(gòu)的抗力，是荷載的作用。兩者皆是隨機變量，可用分布函數(shù)或者概率密度函數(shù)來計算。在進行可靠度分析時，直接計算（5）式是有困難的，一般采用近似方法或者數(shù)值計算的方法。由于文章篇幅所限，這里僅介紹FORM/SORM方法，MC方法，隨機有限元方法等。

2.2.1 FORM/SORM方法

FORM方法由Rackwits[11]、Hasofer和Lind[12]等人先后提出，由于該法被國際安全度聯(lián)合委員會（JCSS）所推薦，所以也被稱為JC法。

在FORM方法中，失效函數(shù)在驗算點的線性展開[12]為

（7）

式中，是驗算點的梯度向量，即

（8）

是正態(tài)分布向量，那么也就是高斯分布。在驗算點，均值和方差可由下式計算

（9）

（10）

上式中，上標T表示轉(zhuǎn)置，是正態(tài)隨機變量的均值向量，是正態(tài)隨機變量的協(xié)方差，并且是一個對角矩陣。隨后，可由下式可靠度指標

（11）

并可由（4）式計算失效概率。

在FORM方法中，均值法是最常用的方法，在這種方法中，驗算點取在均值處，比如。此外，驗算點的取值也可由其他方法（文獻）通過迭代方式獲得。

由于在很多情況下，失效函數(shù)并不能完全的用線性函數(shù)來近似，那么這個時候FORM方法并不能很好的來計算失效概率，這個時候可以使用對于失效函數(shù)更好的近似的SORM方法[13]。相對于FORM方法，SORM方法更加耗時和復雜。在這種方法里，失效函數(shù)是用兩個獨立的隨機變量來表示的，一個是線性函數(shù)，另外一個是二次的。Breitung[15]基于FORM方法推導出了SORM方法失效概率的近似計算式，

（12）

式中，下標A表示漸進的近似，n是表示空間U的維數(shù)，是失效面的曲率，是Hasofer和Lind的可靠度指標[12]。Rackwitz[13]給出了這種方法的優(yōu)點與缺點，并給出了一個計算的更好的計算式。

2.2.2 MC方法

在實際應用中，計算（5）式的失效概率時，無法直接用理論解的方法來求得，因此可以用Monte-Carlo方法[16]，應用這種方法的一般程序是，首先結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)由基本變量（材料屬性，幾何參數(shù)等）的分布給出，隨后通過隨機抽樣來得到一定數(shù)量的隨機數(shù)，接著進行確定性分析（比如有限元分析）來計算出結(jié)構(gòu)響應，并通過（6）式來判斷結(jié)構(gòu)是否破壞，并計算出相應的失效概率。比如，共抽樣次，結(jié)構(gòu)失效次，那么，

（13）

從上式可以看出，越大，越收斂于。Hines和Montgomery[17]根據(jù)大數(shù)定律，給出了的方差估計，并因此而給出抽樣次數(shù)的估計，

（14）

從上式可以看出，當很小時，抽樣次數(shù)很大，極大地影響了計算效率，特別是在分析過程中包含著較多單元計算的有限元分析，這也是MC方法最大的缺點?；贛C這種缺點，另外的一些方法被開發(fā)出來來解決大樣本的問題，拉丁超立方法, 直接抽樣方法和重要抽樣方法[18]等。也有一些方法[19]將馬爾可夫過程與MC方法結(jié)合來提高計算效率。

2.2.3 隨機有限元SFEM

現(xiàn)今有限元法已成為廣泛應用于結(jié)構(gòu)體系力學性能的分析，由于傳統(tǒng)的確定性有限元計算方法無法考慮結(jié)構(gòu)與荷載的隨機性，隨機有限元法,也稱概率有限元法因此產(chǎn)生。它是隨機分析理論與有限元方法相結(jié)合的產(chǎn)物，是在傳統(tǒng)的有限元方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的隨機的數(shù)值分析方法。 1972年， Shinozuka[20]等首先將 Monte-Carlo 法引入結(jié)構(gòu)的隨機有限元法分析。這是最初的隨機有限元方法，也稱統(tǒng)計有限元方法。這種方法并不是真正意義上的隨機有限元法。

隨機有限元法一般可分為統(tǒng)計逼近和非統(tǒng)計逼近兩種類型。前者運用概率和統(tǒng)計理論對樣本進行分析，如MC方法。后者則通過分析找出結(jié)構(gòu)體系的隨機信號的輸入與輸出之間的關(guān)系，得到輸出信號的各階隨機統(tǒng)計量的數(shù)字特征，如各階原點矩或中心矩等。通過對隨機變量的進行不同形式的展開來近似逼近功能函數(shù)，從而形成了不同的隨機有限元方法。最初出現(xiàn)的是一次二階矩方法，這種方法將功能函數(shù)用Taylor級數(shù)展開，在分析過程中，只考慮基本變量的平均值和標準差，一般也稱這種為 Taylor 展開隨機有限元（TSFEM）。1987年，Yamazaki 和 Shinozuka[21]創(chuàng)造性地將Neumann級數(shù)展開式引入隨機有限元分析。由于Neumann級數(shù)展開方法中，隨機剛度矩陣是正定的且隨機擾動量很小，從而保證了解的正則性和收斂性,得到了具有較好計算精度和效率的Neumann隨機有限元方法（NSFEM）。另外，應用比較廣泛的還有響應面方法，這種方法用于處理實際工程中功能函數(shù)的高度非線性或只能給出隱式的功能函數(shù)等情況。響應面方法用多項式序列來逼近功能函數(shù)，從而獲得理想的可靠度解，具體的理論方法參看Bucher和Bourgund[22]。由于在隨機有限元方法中，隨機場的離散形式?jīng)Q定著整個方法的優(yōu)劣，因此近年來，研究的重點集中在隨機場的離散方法上，比如隨機場的中心離散、隨機場的局部平均和隨機場的正交離散等。然而有關(guān)隨機有限元方法的數(shù)學理論研究和非線性隨機問題的研究工作還有待進一步深入。

2.2.4 其他方法

盡管上述方法已經(jīng)涵蓋了可靠度分析中的多數(shù)常用的方法,近年來也有一些新的方法出現(xiàn)。在這些方法中，并沒有改變基本的原理。對于響應面方法，Schueremans和Van Gemert[23]用空間自協(xié)方差最佳插值法來替代回歸分析來逼近功能函數(shù)，粟洪[23]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析預應力混凝土橋梁的可靠度。張建仁[25]將遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合來分析斜拉橋的可靠度。

3橋梁地震易損性分析

歷次大地震的震害和教訓說明，橋梁是公路交通系統(tǒng)中最易受到地震損傷的部位，且橋梁的損傷會造成更為嚴重的后果。因此，有必要評估橋梁系統(tǒng)的地震風險[26]。且橋梁地震風險評估是可靠度分析中的重要一環(huán)。

橋梁工程地震易損性分析概括來講，即為橋梁結(jié)構(gòu)達到某一極限狀態(tài)或性能水平的超越概率。通常，地震易損性分析可以用損傷概率矩陣和易損性曲線來表示，它把地震動輸入強度IM與結(jié)構(gòu)的損傷指標DI有機地聯(lián)系在一起。

地震易損性曲線分析方法[27]的基本步驟為：首先通過建立橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型，進行結(jié)構(gòu)能力分析，得到橋梁結(jié)構(gòu)的能力C，再以不同的地震動強度作為輸入，對橋梁結(jié)構(gòu)進行動力或擬動力分析，得到橋梁結(jié)構(gòu)的需求D。橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性或損傷概率就是，其概率密度函數(shù)可用下式：

（15）

式中，是需求D的分別函數(shù)，是能力C的概率密度函數(shù)。

為了更精確地得到（15）式的解，一般需要考慮三個方面的問題：a）地震動輸入強度IM的概率分布函數(shù)。b）橋梁結(jié)構(gòu)的能力C的概率分布函數(shù)。c）地震動輸入強度IM與結(jié)構(gòu)的需求之間的關(guān)系。前兩個因素，近年來有了一定的發(fā)展[28]。而相對第三個因素，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)分析方法，可歸納起來為以下幾種方法：反應譜分析法，非線性靜力分析法，非線性時程分析法等[29]。反應譜分析法最簡單，也最省時。非線性靜力分析方法也稱為能力譜分析方法，相對于非線性時程分析方法而言，能力譜分析方法既節(jié)省時間，又能比較準確地反應結(jié)構(gòu)能力和需求。非線性時程分析方法被認為是對結(jié)構(gòu)進行非線性分析最可信的方法。為了比較精確地反映出結(jié)構(gòu)的地震易損性，目前發(fā)展起來的IDA分析方法即是非線性時程分析方法的延伸，它從點到線，甚至到面，比較全面的反映了橋梁結(jié)構(gòu)在不同地震輸入強度的結(jié)構(gòu)損傷超越概率。許多研究者，如Cornell et al.[30]，都采用了這種結(jié)構(gòu)響應的分析方法。

另外，一些相關(guān)實例也進一步發(fā)展了和完善了橋梁結(jié)構(gòu)的地震風險評估方法。Khan, R.A.[31]把斜拉橋簡化為二維模型，運用頻域的方法對橋梁進行動力分析，采用損傷矩陣的方法對橋梁進行了地震風險評估。Mander et al.[32]采用IDA的分析方法首先對橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性進行分析，找到對于不同PGA情況下，橋梁不同程度損傷的損傷概率，再從相應橋址所在區(qū)域和場地條件找到地震發(fā)生的概率，從來確定橋梁結(jié)構(gòu)的地震風險大小，并比較了日本、美國以及新西蘭等國由于規(guī)范的不同對橋梁地震風險評估的影響。Miyamoto[33]應用馬爾可夫過程對基于概率計算的橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用過程中的結(jié)構(gòu)性能作出了定量的分析與評價，并給出了一個橋梁結(jié)構(gòu)的地震風險評估系統(tǒng)。

4結(jié)論

由于橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間要承受不同的隨機荷載，加之結(jié)構(gòu)本身存在的不確定因素，使得橋梁結(jié)構(gòu)必須進行可靠度分析。對于簡單的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ORM/SORM方法能夠很好滿足工程需要，而對于復雜的結(jié)構(gòu)，則需要引入響應面方法和MC方法。在地震易損性分析中，常用的方法[27]是應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和MC方法結(jié)合來得到地震易損性曲線。

橋梁結(jié)構(gòu)可靠度可分為構(gòu)件可靠度和橋梁體系可靠度。Tantawi et al.[34]證明，對于公路橋梁，構(gòu)件水平的可靠度對整個橋梁體系可靠度有很好的近似，構(gòu)件之間的聯(lián)系對整體的可靠度影響并不大。在這種思想的指導下，分析公路橋梁可靠度時，先分析橋梁模型的關(guān)鍵力學部件，并對其進行可靠度分析，不失為一種簡單有效的方法。

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篇6

關(guān)鍵詞：重力式支擋結(jié)構(gòu)；評估體系；影響因素；評估技術(shù)；既有線路 文獻標識碼：A

中圖分類號：U213 文章編號：1009-2374（2016）13-0047-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.022

1 概述

重力式支擋結(jié)構(gòu)被廣泛應用于鐵路及公路支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計中。既有鐵路運營過程中，在線路提速或軸重加大后，作用在路基面上的動應力將大幅增加。既有線路經(jīng)過一定運營期后，重力式支擋結(jié)構(gòu)工作環(huán)境也隨之發(fā)生變化。既有重力式支擋結(jié)構(gòu)如何保證運營的安全，是工程技術(shù)人員最為關(guān)心的問題。目前，我國在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方面的研究較少，特別需要加強此領(lǐng)域的研究工作。重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估是在一定的評估體系下，對其安全影響因素進行全面分析，確定評估單元，再應用各種安全評估方法對其安全狀況進行評判，并據(jù)此提出維護和加強的措施。

2 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系

2.1 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系的目標

建立重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系是重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估時的理論依據(jù)。其目標是對鐵路、公路等交通工程系統(tǒng)安全性、可靠性、可用性、可維護性的各種指標進行評估，以達到最低事故率、最少損失、最少維護率及最優(yōu)投資效益。

2.2 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系的構(gòu)成

重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估體系主要由安全預評估、設(shè)計審核安全評估、施工安全評估、驗收安全評估、安全現(xiàn)狀定期安全評估（直至超出正常使用年限）五項內(nèi)容構(gòu)成。安全預評估主要在系統(tǒng)可行性研究時進行，可指導后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計及施工。設(shè)計審核安全評估及施工安全評估是結(jié)構(gòu)是否能夠達到正常使用年限的關(guān)鍵。在設(shè)計時應綜合考慮設(shè)計的經(jīng)濟性及合理性，在施工時應嚴格要求施工質(zhì)量及施工安全。驗收安全評估是通過試運行階段分析結(jié)構(gòu)使用時潛在的風險，并確定其危險程度及可能出現(xiàn)的后果，提出預防措施。安全現(xiàn)狀定期安全評估，即采用各種安全評估技術(shù)相結(jié)合，綜合評估重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全狀況，是其生命周期內(nèi)所有評估工作的重點。

2.3 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估單元

根據(jù)分析重力式支擋結(jié)構(gòu)安全影響因素及其破壞時可能出現(xiàn)的癥狀，可從如下四方面著手確定其評估單元：（1）從受力角度，包括動應力的變化對穩(wěn)定性的影響、不同計算方法對穩(wěn)定性的影響、不同荷載方式對穩(wěn)定性的影響；（2）從變形角度，包括墻身是否有裂縫、墻后土體是否開裂、墻后土體是否有不均勻下沉；（3）從墻型結(jié)構(gòu)及材料角度，包括材料是否風化，砂漿、混凝土是否老化，墻型尺寸是否滿足設(shè)計要求；（4）從水文地質(zhì)角度，包括泄水孔是否堵塞、墻體地基是否發(fā)生變化。

2.4 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估步驟

重力式支擋結(jié)構(gòu)進行安全評估時，可遵循如下七個步驟：準備工作、安全影響因素分析、確定評估單元、安全評估實施、安全對策制定、評估結(jié)論及建議、編寫安全評估報告。

3 重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全影響因素

在設(shè)計計算過程中，特別是土壓力的計算理論、計算參數(shù)的取值、材料、施工、動應力、地震力等方面，對重力式支擋結(jié)構(gòu)安全性均有較大影響。同時既有支擋結(jié)構(gòu)的安全性還受其工作環(huán)境變化的影響，如水文及工程地質(zhì)條件的變化等，在進行安全評估時要進行全面

分析。

3.1 不同土壓力計算理論的影響

目前設(shè)計中大多采用庫倫公式計算土壓力，有時也采用彈性理論。庫倫理論及彈性理論的計算假設(shè)條件不同，計算所得墻后土壓力大小、分布規(guī)律及作用點位置均有較大差別。由庫倫理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一折線，而由彈性理論計算所得的墻后土壓力分布形式為一凸曲線，中上部偏大，底部偏小。在評估時應對由于不同的計算方法對計算結(jié)果的影響進行分析。

3.2 提速或軸重增加引起動應力增大的影響

傳統(tǒng)普通鐵路路基設(shè)計均采用換算土柱法，將靜荷載和動荷載一并簡化為靜荷載。但隨著既有線提速或軸重增加后，列車動荷載作用明顯加強，導致基床范圍內(nèi)重力式支擋結(jié)構(gòu)土壓力與傳統(tǒng)庫侖理論計算所得結(jié)果相比有明顯差異，特別是當支擋結(jié)構(gòu)較矮（2～4m）時。因此需要對由于動應力發(fā)生變化對支擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進行評估。

3.3 使用環(huán)境變化的影響

重力式支擋結(jié)構(gòu)經(jīng)歷一定的運營期后，排水設(shè)施失效或者排水不利時，可能引起土體重度明顯增加，黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ、墻背摩擦角δ均不同程度減小。雨水的入滲還可能發(fā)生基底軟化現(xiàn)象，導致基底承載能力急劇下降。在經(jīng)歷一定時間的運營期后，墻體材料耐久性也會發(fā)生明顯變化，特別是墻背。這些因素對重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全影響至關(guān)重要，需特別加以重視。

3.4 不同墻型的影響

重力式支擋結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)使用墻型一般為墻胸墻背坡度相同。但現(xiàn)在使用較多的改進后墻型是將上墻背坡度放陡，增設(shè)傾斜基底。使用傳統(tǒng)墻型的重力式支擋結(jié)構(gòu)隨著既有線提速，可能造成路基受力不均。不同墻型的計算截面面積也有所不同。同時，改進后的墻型由于增設(shè)傾斜基底，故抗滑能力有較大提高。但是采用增強措施的墻型雖然安全系數(shù)得以提高，其安全可靠度不一定相應提高。

4 重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法

重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法有很多種，包括非確定性分析方法、定性分析方法、定量分析方法、模型試驗分析方法、現(xiàn)場檢測分析方法。各種分析方法特點及使用范圍不盡相同。

4.1 非確定性分析方法

4.1.1 可靠度分析方法。可靠度分析方法通過考慮重力式支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計中隨機變量（重度γ、綜合內(nèi)摩擦角φ0、墻背摩擦角δ、基底承載力σ）的變異性，計算結(jié)構(gòu)功能函數(shù)的不同功能函數(shù)值，進而確定結(jié)構(gòu)的失效概率及可靠指標，給出相應安全評估結(jié)論。

根據(jù)最終R值的大小，參考相應的換算標準，即可得出重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全評估等級。

4.1.3 專家評估方法。專家評估方法采用匿名函詢的方式，通過一系列簡明的調(diào)查征詢表邀請專家對待評估結(jié)構(gòu)進行打分，并通過有控制的反饋，取得盡可能一致的意見，對結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀做出相應評估，對未來做出相應的預測。

4.2 定性分析方法

工程類比方法是定性分析技術(shù)的典型應用。盡量找一與待評估的重力式支擋結(jié)構(gòu)使用環(huán)境類似，并已安全使用超過其使用年限的同類型重力式支擋結(jié)構(gòu)。再分析兩者可能的破壞機制的相似性及差異性，并結(jié)合兩者的安全等級，綜合確定其安全狀態(tài)。

4.3 定量分析方法

定量分析方法主要包括極限平衡法及有限元法。廣泛應用于巖土工程界的GEO-SLOPE（邊坡穩(wěn)定分析軟件）便是基于極限平衡原理，將重力式支擋結(jié)構(gòu)及后方巖（土）體均視為剛體，不考慮本身的應力應變關(guān)系，將結(jié)構(gòu)后方潛在滑動面內(nèi)的巖（土）體劃分為多個小塊體，通過各塊體的平衡條件建立整個體系的平衡方程，導出重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

有限元法先將重力式支擋結(jié)構(gòu)用有限個容易分析的單元代替，單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)來綜合求解其位移、應力、應變、內(nèi)力等，綜合分析其所處安全狀態(tài)。有限元法可以用來求解彈性、彈塑性、粘彈塑性、粘塑性等問題，常用的計算分析軟件有ANSYS、FLAC、ABAQUS、SAP等。

4.4 模型試驗方法

由于重力式支擋結(jié)構(gòu)尺寸較大，故實尺模型試驗既耗時又不經(jīng)濟，一般對其進行離心模型試驗。把按1/n比例縮放后的模型放在以ng離心加速度運轉(zhuǎn)的離心機中進行試驗，模擬現(xiàn)場實際受力，通過測試其應力及變形破壞情況，對其做出安全評估結(jié)論。

4.5 現(xiàn)場試驗方法

現(xiàn)場試驗方法主要包括裂縫觀測、排水設(shè)施檢查、荷載試驗、位移時間曲線監(jiān)測、地基土軟化情況檢測等，其中現(xiàn)場裂縫觀測、排水設(shè)施檢查比較直觀，容易實現(xiàn)，且效果比較精準。在雨季時對重力式支擋結(jié)構(gòu)做位移時間監(jiān)測試驗，可以有效減少突然破壞情況的

發(fā)生。

5 可靠度分析方法在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估中的應用

利用可靠度分析方法，結(jié)合蒙特卡洛原理對某單線Ⅰ級鐵路既有重力式支擋結(jié)構(gòu)進行安全評估。

5.1 計算條件

以單線Ⅰ級次重型鐵路為例。支擋結(jié)構(gòu)型式取重力式路肩墻，墻胸墻背均取1∶0.25的仰斜。列車荷載分布寬度：l0=3.5m；換算土柱高度：h0=3.2m。換算土柱距路基邊緣距離：k0=1.95m。填土按砂性土考慮，取內(nèi)摩擦角φ=35°，基底摩擦系數(shù)f=0.3；土體重度γ=19kN/m3；土與墻背的摩擦角δ=φ/2，即17.5°；基底容許承載力取σ=300kPa。

5.2 可靠指標計算結(jié)果分析

由重力式支擋結(jié)構(gòu)可靠度指標計算結(jié)果（表1）分析可得：

第一，在該計算條件下，該結(jié)構(gòu)抗滑可靠指標在2.26～2.86之間變化，其相應失效概率為9.1‰～2.5‰。該結(jié)構(gòu)抗傾覆可靠指標在2.85～3.29之間變化，其相應失效概率為2.5‰～2.0‰。各項指標均符合相關(guān)要求，故可將該結(jié)構(gòu)安全狀況評估為良好。

第二，在傳統(tǒng)的安全系數(shù)法計算過程中，盡管重力式支擋結(jié)構(gòu)的墻高在4～10m之間變化時，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)均在1.30～1.35之間變化，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均在1.66～1.80之間變化。但其抗滑動和抗傾覆可靠指標均隨著墻高的增加而變大，其基底承載力可靠指標則隨著墻高的增加而減小。

第三，通過引進可靠度原理對重力式支擋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計及安全評估，相比傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，能更直觀并準確地反映結(jié)構(gòu)的安全儲備情況。

6 結(jié)語

本文初步建立了重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估的體系，對影響重力式支擋結(jié)構(gòu)安全的主要影響因素進行了詳細分析，研究探討了多種重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估方法。重點介紹了由多安全影響因素控制的可靠度分析方法及模糊綜合評估方法在重力式支擋結(jié)構(gòu)安全評估中的應用，其避免了由單個控制因素而得結(jié)論的片面性及誤

差性。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)鑒定；特點

長期以來，已有建筑物的可靠性鑒定，一直是依賴有經(jīng)驗的技術(shù)人員，進行現(xiàn)場目測檢查和必要的核算，然后憑其個人所擁有的知識和經(jīng)驗，作出評價和處理，這也就是最初的“傳統(tǒng)經(jīng)驗法”。由于這種方法所采用的調(diào)查手段及其判斷準則，主要由鑒定者自己確定，故在較復雜問題的鑒定中，其結(jié)果因人而異。為了在結(jié)構(gòu)可靠性鑒定中引入現(xiàn)論的概念和實用科學方法，有不少學者早在年代中期就開始了探索，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性研究未取得突破之前，這些努力還僅停留在分散的論文的水平上。如眾所周知，結(jié)構(gòu)鑒定與結(jié)構(gòu)設(shè)計有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計是在設(shè)計階段進行結(jié)構(gòu)的可靠性分析，在結(jié)構(gòu)可靠性和經(jīng)濟性之間選擇一種合理的平衡，使所建造的結(jié)構(gòu)能滿足各種預定功能的要求結(jié)構(gòu)鑒定是在建筑物建成投入使用后，對結(jié)構(gòu)上的作用、結(jié)構(gòu)抗力及其相互關(guān)系作出檢查、鑒定和綜合分析，評估其實際的結(jié)構(gòu)可靠性，在此基礎(chǔ)上進一步在結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟性之間選擇一種合理的平衡，使結(jié)構(gòu)持續(xù)正常地滿足各種預定功能的要求。由上可見，二者在理論上具有共同立足點。在我國，隨著采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法為核心制定的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》，于年實施以來，已有建筑物的可靠性鑒定方法，在理論研究和應用上，也取得了明顯的進展。其中較為突出的表現(xiàn)在以下兩方面：

一是編制了《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》，該標準以可靠指標刀作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力鑒定評級的分級標志，起到與統(tǒng)一標準相接軌的作用。這對已有建筑物可靠性鑒定的發(fā)展來說，顯然是個良好的開端。

二是將專家知識與計算機現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展了幾種已有建筑物可靠性鑒定的專家系統(tǒng)。這些系統(tǒng)，有的引用國外現(xiàn)成框架，有的自行研究推理方法，但都自成體系，且各有獨到之處，只是在專家個人真知灼見知識的采集與利用問題上，還存在著難以克服的障礙，因此，不論哪種系統(tǒng)均難以在短時間內(nèi)進入實用階段。

此外，我國有些單位還在模糊綜合評定法等方面做了一些有意義的探討工作，弄清了今后發(fā)展方向。

但總的來說，這些進展都還局限于結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次上，若就結(jié)構(gòu)體系而言，還有很漫長的一段路要走因為現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的目標可靠指標僅適用于構(gòu)件某一驗算點處發(fā)生失效的可靠度計算，也就是僅用一個極限狀態(tài)方程描述的可靠性問題對于由諸元件組成的結(jié)構(gòu)體系，不僅其失效與元件內(nèi)在聯(lián)系的方式如串聯(lián)、并聯(lián)或串一并聯(lián)系有關(guān)，而且其可靠度要由諸元件以及體系的各種失效模式所確定的極限狀態(tài)方程才能求得。但這是一個十分復雜的問題，現(xiàn)在還沒有一本結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范在這方面作出規(guī)定。

為了彌補這一空缺，《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》在承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性評定中，引用了故障樹的邏輯原理，將承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)視為一株完全串聯(lián)的“傳力樹”，以考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間、構(gòu)件與體系之間的邏輯關(guān)系和結(jié)構(gòu)整體失效的模式。它具有簡單、明確的優(yōu)點，在單層房屋的評定上已基本達到實用的水平，但在下列兩個問題上，還需進一步研究。

一是對多層和高層房屋的傳力樹劃分，還有很多問題沒有解決；

二是不同的人所劃分的傳力樹不完全相同如不事先另加約定，事后易引起爭執(zhí)。

在這種情況下，有些學者進一步建議，利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)體系可靠度研究成果，直接估算其可靠度。但這在當前也不現(xiàn)實，因為在這些方法進入實用階段前，需解決有關(guān)破壞準則的制定，尋找主要失效模式方法的統(tǒng)一以及各種相關(guān)性影響的如何考慮等問題，并做好推廣應用的配合工作，例如開發(fā)一系列計算機程序等，所有這些都不是短期內(nèi)所能實現(xiàn)的。

在《民用建筑可靠性鑒定標準》編制過程中，編制組提出以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)鑒定法。

其要點是：

（1）將結(jié)構(gòu)可靠性鑒定劃分為安全鑒定與正常使用性鑒定兩部分，分別從承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)的定義出發(fā)，并根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的特點和使用要求給出具體的標志及限值，以作為結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的依據(jù)。

（2）以結(jié)構(gòu)可靠性概念和給定的可靠指標為依據(jù)，采用言詞與數(shù)值界限相結(jié)合的分級標準，并按實用模式的程序進行每一層次的評級、鑒定。

（3）以目標可靠指標和《統(tǒng)一標準》規(guī)定的兩種質(zhì)量界限，作為劃分構(gòu)件等級的依據(jù)，并以失效概率運算值下降一個數(shù)量級作為確定危險構(gòu)件的界限。

（4）以結(jié)構(gòu)體系中最可能失效的一種主要構(gòu)件的總體安全水平，作為評定結(jié)構(gòu)體系安全性等級的基礎(chǔ)，而以可靠性理論分析與專家判斷相一致的若干重要概念，作為制定評級調(diào)整原則的依據(jù)。

（5）以每一檢查項目評定結(jié)果作為技術(shù)處理的依據(jù)而以體系的評定結(jié)果作為管理的依據(jù)，例如申報危房、安排維修計劃、分配經(jīng)費排隊、制定舊城改造規(guī)劃等等。

這種方法具有下列科學而實用的優(yōu)點：

（1）由于對兩類分屬不同極限狀態(tài)的問題，采取了分別處理的鑒定方法，因此有助于理順很多關(guān)系，并且使很多問題變得簡單而容易處理。

（2）由于采用了按《統(tǒng)一標準》規(guī)定的目標可靠指標和兩種質(zhì)量界限，劃分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性等級，因而不僅達到了可靠性鑒定標準應與《統(tǒng)一標準》接軌和協(xié)調(diào)的要求，而且避免了完全采用專家拍板、投票表決等方式分級所帶來的概念模糊和可靠度尺度不一致的缺陷。

（3）由于在結(jié)構(gòu)體系的安全性評定中，采用了以調(diào)整方式考慮目前尚不完整的可靠性理論分析的成果，而不局限于哪一種理論，因此，為今后的進一步發(fā)展和完善留下了很大的余地，特別是只吸收經(jīng)過專家驗證的若干正確概念，從而也保證了鑒定結(jié)果的可靠性。

這里需要指出的是，以上所述的可靠性鑒定，其內(nèi)容不包括抗震鑒定要求。盡管在學科上說，它同樣屬于結(jié)構(gòu)可靠性研究的范疇。之所以作這樣截然分開的安排，不僅由于它所處理的是結(jié)構(gòu)動力可靠度問題，從計算到構(gòu)造有著一套完整的規(guī)定，而且還由于我國是一個多地震的國家為了確保建筑結(jié)構(gòu)的抗展問題得到高度的重視和充分的考慮，值得強調(diào)的是，對已有建筑物規(guī)定的抗震鑒定目標，比抗震設(shè)計規(guī)范對新建工程規(guī)定的設(shè)防標準低，因此，不能將已有建筑物抗震鑒定的設(shè)防標準，作為新建工程杭震設(shè)計的依據(jù)，或作為新建工程未執(zhí)行抗震設(shè)計規(guī)范的借口。

對工業(yè)構(gòu)筑物抗震鑒定的總要求，是在地震作用下，其安全程度應略高于一般房屋建筑。這是考慮到國家經(jīng)濟力量及海城、唐山地震的震害經(jīng)驗和當前地震工程的技術(shù)水平，著眼于提高廠礦的綜合抗震能力，以保障構(gòu)筑物在地震下的安全，減少財產(chǎn)損失，并盡可能保持生產(chǎn)能力。但應指出的是，這個設(shè)防要求，仍低于新建筑物“大震不倒”的水準。

此外，受火災損壞的建筑物，其安全程度如何評價，能否繼續(xù)使用等問題，也是已有建筑物可靠性鑒定的一個重要方面。長期以來多憑經(jīng)驗作出判斷，故存在多種弊端因此，如何科學地鑒定火災后結(jié)構(gòu)的受損程度，確定其殘余承載力和合理地加以修復加固，已成為不少科技工作者共同關(guān)心的課題。

參考文獻：

[1]蘧芳.淺談各種建筑結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)[J].黑龍江科技信息.2007（15）

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【關(guān)鍵詞】 共享數(shù)據(jù)時代； 數(shù)據(jù)挖掘； 應用統(tǒng)計

【中圖分類號】 C81 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1004-5937（2016）22-0024-02

第八屆國際數(shù)據(jù)挖掘與應用統(tǒng)計研究會年會于2016年7月23―26日在油城大慶隆重召開。本屆會議由國際數(shù)據(jù)挖掘與應用統(tǒng)計研究會主辦，東北石油大學、廈門大學數(shù)據(jù)挖掘研究中心、臺北醫(yī)學大學大數(shù)據(jù)研究中心、重慶允升科技大數(shù)據(jù)研究中心和重慶譽鋒宸數(shù)據(jù)信息技術(shù)有限公司聯(lián)合承辦。會議主題為“卓越數(shù)據(jù)共享統(tǒng)計的理論及應用研究”。來自國內(nèi)外近百所高校、政府和企事業(yè)單位的200多位專家學者參會。

會議開幕式由東北石油大學數(shù)學與統(tǒng)計學院院長王玉學教授主持。東北石油大學副校長呂延防教授介紹了大慶市貌、學校環(huán)境和鐵人精神等，對本次會議的作用和意義進行了高度評價。教育部統(tǒng)計學類專業(yè)教學指導委員會主任、廈門大學曾五一教授從統(tǒng)計學科如何適應大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展角度，對會議的召開提出了進一步的期望。臺北醫(yī)學大學謝邦昌教授結(jié)合大慶石油，暢談了大數(shù)據(jù)的應用前景。廈門大學朱建平教授從學會的起源到現(xiàn)狀，對學會未來的發(fā)展前景作了展望。

本屆大會除特邀報告外，入選論文52篇。按照論文所涉及的理論領(lǐng)域和方法應用，將入選論文分為數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)應用、統(tǒng)計理論、統(tǒng)計方法應用及實證分析等專題進行了分組交流討論。主要學術(shù)觀點綜述如下：

一、數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀及未來趨勢研究

謝邦昌教授在《大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)況與未來發(fā)展趨勢》中首先闡述了何謂BIG DATA。當你連上臉書按贊打卡、上傳照片到網(wǎng)絡(luò)相簿與朋友分享、上班收發(fā)e-mail、用悠游卡買杯咖啡、通過ATM領(lǐng)錢、走進大賣場刷卡購物甚至是進家門開燈，都正在源源不斷地創(chuàng)造“海量數(shù)據(jù)”。這正是云端時代的新金脈。其次是BIG DATA的理論及其應用。最重要的是如何對大數(shù)據(jù)進行分析，其基本方面如下：（1）數(shù)據(jù)可視化分析。決策者需要的不是數(shù)據(jù)本身及分析后的數(shù)值，而是龐大數(shù)據(jù)經(jīng)分析之后的結(jié)果、趨勢或現(xiàn)象，利用可視化效果易于被接受。（2）Data Mining算法。這是大數(shù)據(jù)分析的理論核心，而深入挖掘和快速處理是兩大重要課題。（3）預測性分析。如何找出特性、科學建模、預測未來。（4）語義引擎。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的多元化給數(shù)據(jù)分析帶來新的挑戰(zhàn)，要提高語義引擎設(shè)計的智能化水平。（5）數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管理。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和有效的數(shù)據(jù)管理可保證分析結(jié)果的真實和有價值。最后，真正制約或者成為大數(shù)據(jù)發(fā)展和應用的三個瓶頸：數(shù)據(jù)收集的合法性、產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)企業(yè)的均衡、大數(shù)據(jù)有效解讀。

國家統(tǒng)計局潘[博士在《我看當前對大數(shù)據(jù)的一些非議――兼議大數(shù)據(jù)應用面臨的問題》中指出近幾年中國的大數(shù)據(jù)應用取得了一定的進展，但面臨的諸多障礙依然存在，且不斷出現(xiàn)一些對大數(shù)據(jù)的非議之聲。這些非議有的有一定道理，有的則失之偏頗。潘[博士針對這些非議指出大數(shù)據(jù)是科學技術(shù)及社會生產(chǎn)力發(fā)展到特定階段的必然。盡管其發(fā)展進程中確實出現(xiàn)了失密、造假等嚴重問題，但這正說明必須正視大數(shù)據(jù)的撲面而來，并盡快制定各種應對措施，抓住機遇，保存價值，著力解決出現(xiàn)的各種問題。最后，提出完善法律法規(guī)、明確牽頭單位、統(tǒng)籌各部門和規(guī)范標準等措施。

重慶工商大學李勇在《網(wǎng)絡(luò)輿情數(shù)據(jù)挖掘方法及其在意識形態(tài)傳播新特點中的應用研究》中系統(tǒng)研究了當前網(wǎng)絡(luò)輿情數(shù)據(jù)挖掘的主要方法，并將這些方法應用于網(wǎng)上意識形態(tài)傳播新特點的研究中。對互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)前后意識形態(tài)傳播呈現(xiàn)的不同特點進行了對比分析，提煉出意識形態(tài)傳播在當前DT時代的本質(zhì)特征，結(jié)合主流意識形態(tài)提出相應的有效傳播方式和防范措施。

東北石油大學辛華博士在《基于密度分布的聚類算法研究》中通過密度聚類方法DBSCAN二次聚類提高了聚類精度。湖北經(jīng)濟學院陳戰(zhàn)波、陶前功、黃小舟和王磊的《基于阿里云音樂平臺大數(shù)據(jù)的歌手流行趨勢預測及推薦研究》，山西財經(jīng)大學舒居安、趙麗琴、劉逸萌的《基于網(wǎng)絡(luò)輿情的居民購買力傾向指數(shù)構(gòu)造研究》和重慶工商大學李禹鋒的《基于網(wǎng)絡(luò)團購的重慶火鍋消費行為分析》等進行了大數(shù)據(jù)的應用研究。光環(huán)國際楊恩博的《大數(shù)據(jù)人才發(fā)展與培養(yǎng)》、廣州泰迪智能科技趙云龍的《大數(shù)據(jù)形勢下數(shù)據(jù)科學人才培養(yǎng)初探》和劉彬的《大數(shù)據(jù)雙創(chuàng)實踐探索與服務體系》，從業(yè)界不同角度探索了大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)。

二、統(tǒng)計基本理論及應用研究

臺灣淡江大學蔡宗儒教授在《Accelerated Degradation Tests》中，回顧了可靠度分析近期的發(fā)展，指出隨著制造技術(shù)的進步，產(chǎn)品可靠度大幅提升，進而提升了對產(chǎn)品可靠度分析的難度。而傳統(tǒng)設(shè)限方法和近代加速壽命測試法具有一定局限性，通過研究加速退化測試方法，指出如何針對加速退化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計推斷、評價其可靠度，如何在成本的考察下對加速退化測試實驗進行設(shè)計，以利后續(xù)的測試實驗參考。

北京大學房祥忠教授在《EM算法及其在置信推斷中的作用》中指出醫(yī)學或產(chǎn)品試驗費用昂貴等小樣本情況，其精確置信推斷尤為重要；Buehler置信限在多維參數(shù)或刪失數(shù)據(jù)時，難以計算，并將EM算法用于求精確置信限，給出了可靠性領(lǐng)域中的實證。

重慶工商大學李勇在《灰色統(tǒng)計基本理論及其應用》中系統(tǒng)研究了灰數(shù)的統(tǒng)計學基本理論和方法。他從隨機樣本產(chǎn)生灰色估計量和直接從灰色數(shù)據(jù)開始，構(gòu)建了一套從數(shù)理統(tǒng)計逐步過渡到主要以灰色系統(tǒng)為研究對象的灰色統(tǒng)計方法，如灰數(shù)的區(qū)間估計、灰數(shù)的假設(shè)檢驗、灰數(shù)的相關(guān)分析和回歸分析等，并進行了實例分析。

哈爾濱工業(yè)大學張孟琦、田波平在《空間模型參數(shù)擬極大似然估計量的漸近性和實證》中提出了雙權(quán)重矩陣空間回歸模型參數(shù)的極大似然估計量，包括對數(shù)似然函數(shù)、集中似然函數(shù)和參數(shù)估計；證明了相合性和漸進分布性質(zhì)，并實例進行了空間自相關(guān)檢驗和空間計量模型分析。

天津財經(jīng)大學楊貴軍、于洋、孟杰的《基于AIC的粗糙集擇優(yōu)方法》和楊貴軍、孫玲莉、董世杰的《三種線性回歸多重插補法的模擬研究對比分析》分別從粗糙集擇優(yōu)和回歸插補進行了研究。云南財經(jīng)大學張敏博士在《基于高層次結(jié)構(gòu)的多水平發(fā)展模型的統(tǒng)計建模及應用》中研究了擬合高層次嵌套數(shù)據(jù)的多水平發(fā)展建模問題。集美大學紀的《模糊數(shù)據(jù)Jonckheere-Terpstra檢驗法及應用》探討了模糊數(shù)據(jù)檢驗。廣東財經(jīng)大學的劉照德、林海明在《因子分析五個爭議的解答》中定量分析了因子分析的爭議問題。湖南大學周四軍、王佳星、羅丹在《基于門限面板模型的我國能源利用效率研究》中，基于柯布―道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)理論構(gòu)建了我國能源利用效率門限面板模型，并進行了實證分析。

三、統(tǒng)計方法及實證研究

天津財經(jīng)大學楊貴軍、孟杰、鄒文慧在《基于模型平均的中國總和生育率估計》中指出目前國內(nèi)學者對中國總和生育率的估計尚未形成一致性的結(jié)論，缺少高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源以及不完善的估計方法是影響總和生育率估計的主要問題；提出使用社會和經(jīng)濟等“人口系統(tǒng)”外部數(shù)據(jù)，引入當前統(tǒng)計學和計量經(jīng)濟學前沿的模型平均方法對中國總和生育率進行估計。

華僑大學項后軍和浙江財經(jīng)大學何康在《自貿(mào)區(qū)的影響與資本流動――以上海為例的“自然實驗”估計》中，從自然實驗角度考察了樣本期內(nèi)上海自貿(mào)區(qū)的設(shè)立對上海地區(qū)資本流動的影響。得出：基于雙重差分模型估計的自貿(mào)區(qū)對上海資本流動的影響顯著；基于改進后合成控制法得到的“合成上?！睂ι虾ＴO(shè)立自貿(mào)區(qū)之前的模擬程度更高；基于安慰劑檢驗，證實了自貿(mào)區(qū)政策的有效性。

湖南大學晏艷陽、鄧嘉宜、文丹艷在《鄰里效應與居民政治信任――基于中國家庭追蹤調(diào)查（CFPS）的證據(jù)》中，指出近年來居民對政府的信任危機頻發(fā)，矛盾不斷出現(xiàn)，嚴重制約著政府的行政效率；基于中國家庭追蹤調(diào)查（CFPS）截面數(shù)據(jù)，建立回歸模型進行實證分析，證實了其他信息獲取渠道與社會互動之間具有相互替代的關(guān)系，有效解決了關(guān)聯(lián)效應和反射性問題對鄰里效應估計帶來的影響。

中國南方電網(wǎng)科學研究院冷媛、傅薔、陳政和廈門大學范新妍在《基于MCP，Group MPC的先行、一致、滯后指標篩選》中，提出了基于MCP懲罰法的單一指標先行、一致、滯后性的判定方法和基于Group MCP的多指標系統(tǒng)下各個指標的先行、一致、滯后性的判定方法。冷媛、傅薔和廈門大學孫俊歌、梁振杰在《經(jīng)濟景氣指數(shù)研究比較及思考》中梳理了國內(nèi)外景氣指數(shù)的研究狀況。遼寧大學馬樹才、宋琪在《中國人口年齡結(jié)構(gòu)變動對資本投入及經(jīng)濟增長影響研究》中通過構(gòu)建數(shù)理模型，就人口年齡結(jié)構(gòu)對資本投入及經(jīng)濟增長的影響進行研究，得出充足的勞動供給會提高教育人力資本和物質(zhì)資本的使用效率，促進經(jīng)濟增長，政府公共教育支出增加會提高教育人力資本對經(jīng)濟增長的貢獻；并對面板數(shù)據(jù)進行實證分析。廈門大學劉云霞在《我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新績效影響因素動態(tài)比較研究――基于狀態(tài)空間和門檻模型相結(jié)合的研究》中確定了反映創(chuàng)新績效的指標以及影響創(chuàng)新績效的因素，再將狀態(tài)空間模型和門口模型進行有機結(jié)合，找出了各影響因素對創(chuàng)新績效的動態(tài)影響軌跡以及軌跡改變的關(guān)鍵點，并提出對策建議。

篇9

1、選題意義和背景。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于其平面布置靈活、自重相對較輕等優(yōu)點在我國有較為廣泛的應用，例如辦公樓、醫(yī)院、學校校舍及工業(yè)廠房等。然而，框架結(jié)構(gòu)也有其缺點，比如，抗側(cè)剛度小、節(jié)點區(qū)域應力集中顯著、并在強烈多維地震動作用下結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生過大的非線性水平位移等。在實際震害中，框架梁往往先于框架柱產(chǎn)生破壞，并不能很好地保證強柱弱梁的抗震設(shè)防要求。一般來說，各類建筑物在地震動作用下產(chǎn)生的破壞甚至倒塌是造成人民生命財產(chǎn)受到損失的首要原因。據(jù)統(tǒng)計，各類結(jié)構(gòu)物倒塌造成的人員傷亡占地震中傷亡總數(shù)的95%.實際震害調(diào)查結(jié)果顯示，倒塌比例較高的建筑類型主要有磚混結(jié)構(gòu)、底框磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的倒塌主要以整體倒塌模式為主，外圍圍護結(jié)構(gòu)及填充墻的破壞也比較顯著。倒塌是由于結(jié)構(gòu)在地震作用下喪失承擔重力荷載的能力而引起的。而整體倒塌通常由地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的層間位移引起，同時受到P-4效應放大和構(gòu)件強度剛度承載力退化的影響，結(jié)構(gòu)逐漸失穩(wěn)直至側(cè)向傾覆。震害調(diào)查報告顯示在框架結(jié)構(gòu)破壞的案例中存在大量外圍圍護結(jié)構(gòu)以及填充墻破壞的情況，這不僅造成了人們身體上和心理上的傷害，還對震后建筑修復帶來一定的問題。所以，我們有必要對框架結(jié)構(gòu)的抗震性能以及軸壓比、框架填充墻等因素對框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的影響進行深入的研究。這不僅可以預測框架結(jié)構(gòu)在未來地震作用中的地震反應，對可能遭受的結(jié)構(gòu)破壞甚至整體倒塌進行預防，還可以對框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震性能水平進行更準確地分析評價，從而有針對性地指導完善結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以及對既有建筑的改造加固。

2、論文綜述/研究基礎(chǔ)。

2.1增量動力分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

地震作為一種隨機往復載荷，對于結(jié)構(gòu)的破壞是一個損傷累積的過程，用強度準則和變形準則很難描述這一現(xiàn)象。IDA方法可以對框架結(jié)構(gòu)進行從彈性狀態(tài)到彈塑性狀態(tài)直至倒塌的全過程分析。對于這方面內(nèi)容國內(nèi)外學者都做了大量的研究。

1977年，Bertero將同一條地震動作用下的多次非線性時程分析結(jié)果放在一起，以試圖了解逐級放大的地震作用對結(jié)構(gòu)非線性發(fā)展的影響規(guī)律以及結(jié)構(gòu)從弘性、非彈性直至發(fā)生整體倒塌的全過程中結(jié)構(gòu)的性能。這種分析方法被稱為IDA丈法。

清華大學葉列平、陸新征等通過漢川地震極震區(qū)框架結(jié)構(gòu)抗倒塌的研究得出增強結(jié)構(gòu)整體性及冗余度可明顯提高結(jié)構(gòu)抗倒塌儲備系數(shù)的結(jié)論。馮世平等人研究了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下的倒塌反應。對結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)(下降段)時的動力反應進行了討論，還探討了極限曲率延性比和強度降低率在結(jié)構(gòu)地震倒塌反應中的應用。

2.2地震易損性分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀70年代初地震易損性曲線首先被用于對核電站的地震概率風險評估，隨著易損性理論的發(fā)展，越來越多的學者開展了對核電站以及其它重大結(jié)構(gòu)(如混凝土重力壩、變電站結(jié)構(gòu)以及古塔等)的地震易損性分析研究。作為生命線工程，橋梁結(jié)構(gòu)的地震易損性研究也受到了各國學者的廣泛重視。國內(nèi)外學者、機構(gòu)對結(jié)構(gòu)地震易損性開展了大量研究工作，取得了許多成果。

Muratserdar選取三層、五層、七層的RC結(jié)構(gòu)房屋，采用人工地震波作用在不同層數(shù)的房屋，分析不同層數(shù)的RC結(jié)構(gòu)的易損性。美國的地震損失評估軟件HAZUS在大量研究者成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合性能設(shè)計理論和能力譜方法，給出了各類建筑結(jié)構(gòu)的地震易損性曲線。

李謙對型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)基于IDA方法進行了研究，并把IDA方法應用到了型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分析中。呂大剛、常澤民將可靠度引入了結(jié)構(gòu)易損性分析中，對結(jié)構(gòu)進行基于可靠度的整體和局部易損性的分析。

3、參考文獻。

[l]周云。土木工程抗震設(shè)計(第二版)[M].北京：科學出版社，2011

[2]清華大學土木結(jié)構(gòu)組，西南交通大學土木結(jié)構(gòu)組，北京交通大學土木結(jié)構(gòu)組。漢川地震建筑震害分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2008, 29( 4) :129

[3]蔣歡軍，鄭建波，張樺?；谖灰频目拐鹪O(shè)計研究進展[J].工業(yè)建筑。2008,3 8(7)：1-5

[4]朱健。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易損性分析與地震風險研究[D].西安：西安建筑科技大學，2010

篇10

論文摘要:介紹了機械零部件結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計的軟件及疲勞壽命預測方法。根據(jù)斷裂力學理論和虛擬疲勞預測方法，利用系統(tǒng)動力學軟件ADAMS模擬42CrMo硬齒面齒輪加工過程，分析了對應的疲勞載荷譜，得到了齒輪應力壽命S一N曲線。

1、引言

機械產(chǎn)品全壽命設(shè)計是衡量產(chǎn)品設(shè)計水平先進與否的重要指標，現(xiàn)代設(shè)計過程迫切需要通過工程分析手段預測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性。近年來研究人員試圖將虛擬設(shè)計思想更多地融人到復雜機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計中，借助工程分析軟件對計算機中虛擬的產(chǎn)品樣機進行應力分布、疲勞壽命和可靠性設(shè)計等，大大提高了可靠性設(shè)計水平。

利用國外先進有限元軟件豐富的試驗數(shù)據(jù)，應用項目組成員進行的42CrMo硬齒面齒輪的彎曲疲勞可靠性試驗及資料，提出該硬齒面齒輪的結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計方法，由虛擬零部件疲勞工作的情況快捷地得到應力一壽命(S一N)曲線，推知其疲勞壽命大樣本，以供可靠性分析設(shè)計使用。

2、結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計方法

2.1結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計軟件

進行產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計首先需要構(gòu)造產(chǎn)品虛擬樣機，目前國內(nèi)外比較成熟實用的樣機幾何造型CAD軟件有AutoCAD， Pro/E等，同時還有可以進行各種系統(tǒng)仿真分析的多體運動學、動力學軟件ADAMS， SIMPACK等。

目前國際知名的通用有限元工程分析軟件大多可完成對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行應力分析、疲勞壽命測試及壽命概率分析的功能，目前見長的軟件有ANSYS，MSC/Fatigue， MSC/Nastran，考慮虛擬環(huán)境的CFX及FLUENT。近年來，樣機的運動、動力學及疲勞分析技術(shù)正處于逐漸深人和系統(tǒng)化階段，但有許多重要內(nèi)容要填補，如虛擬環(huán)境的融入、幾何造型、動力學、疲勞分析技術(shù)的集成及開放式。

2.2疲勞壽命預測方法

多年來人們發(fā)展了各種疲勞壽命預測方法，其中名義應力壽命法(S-N法)、局部應變法(E-N法)與基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法，已成為三種經(jīng)典的疲勞壽命預測方法。

(1)名義應力壽命法(S-N法)

名義應力壽命法通常稱為總壽命法。該方法用于構(gòu)件總壽命的預測，是以材料或零部件的疲勞壽命曲線為基礎(chǔ)的。該方法可以考慮構(gòu)件表面加工和表面處理對其疲勞壽命的影響，也可以考慮構(gòu)件焊縫的疲勞壽命，適用于低應力高周疲勞問題。

(2)局部應變法(E-N法)

局部應變壽命法通常稱為裂紋萌生法。該方法用于預測構(gòu)件的裂紋萌生壽命。它應用了材料的“記憶特性”，計人了名義應力無法計及的載荷循環(huán)順序的影響，使壽命估算結(jié)果更接近實際情況，適用于高應變低周疲勞問題。

(3)疲勞裂紋擴展壽命方法

基于斷裂力學理論的疲勞裂紋擴展壽命方法主要用于預測構(gòu)件從裂紋產(chǎn)生到發(fā)生破壞的疲勞壽命。該方法結(jié)合模擬材料微觀結(jié)構(gòu)變形的數(shù)值方法，是數(shù)值模擬斷裂的主要發(fā)展方向之一。

3、在硬齒面齒輪彎曲疲勞試驗中的應用

根據(jù)項目要求對42CrMo材質(zhì)的硬齒面齒輪進行了彎曲疲勞可靠性全壽命試驗，試驗在機械部機械科學研究院英國產(chǎn)INSTRON1603型電磁諧振疲勞試驗機上進行。采用4級應力水平，即作4組不同應力的輪齒全壽命大樣本試驗，得到了硬齒面齒輪定壽命下的R-S-N曲線(見圖4中實線部分)。本文以此試驗為研究基礎(chǔ)，進行42CrMo硬齒面齒輪的結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計和試驗，得到了虛擬試驗的各應力水平下疲勞壽命數(shù)據(jù)，即S-N曲線。

3.1三維幾何造型設(shè)計

三維CAD軟件為構(gòu)造精準的零部件虛擬幾何造型設(shè)計打下軟件基礎(chǔ)。42CrMo硬齒面齒輪是斜齒圓柱齒輪按漸開線形成的，為從齒輪的造型機理開始就嚴格遵循漸開線齒面生成和加工機理，應用三維虛擬造型軟件MDI公司的ADAMS能在幾何形體上展成曲面和使曲面扭曲變形的功能，開發(fā)出以法平面標準漸開線齒形為基準的斜齒模擬加工過程。

3.2疲勞載荷譜分析

載荷譜是有限壽命設(shè)計的依據(jù)之一。因此，掌握載荷譜的變化規(guī)律是進行壽命設(shè)計的先決條件。通常，載荷譜是由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并經(jīng)數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析獲得?，F(xiàn)場采集的載荷時間歷程具有很大的隨機性，并且因現(xiàn)場各種因素如開關(guān)信號、電磁干擾等影響，會造成原始信號記錄失真，出現(xiàn)偽信號。齒輪結(jié)構(gòu)所承受的疲勞載荷，實際上是一連續(xù)的隨機過程，借助動力學分析軟件Adams平臺，可直接給出機械構(gòu)件在整個裝置工作過程中的疲勞載荷譜F-t曲線(見圖2)，以此作為理論分析和結(jié)構(gòu)可靠性虛擬疲勞設(shè)計的基礎(chǔ)。

3.3有限元分析軟件中的應力分析

建立一對輪齒的有限元模型并進行網(wǎng)格劃分，模型主要為六節(jié)點五面體單元，單元總數(shù)為63359個，節(jié)點總數(shù)為15213個。這樣有利于單元自動生成，有利于提高計算精度。有限元計算中，齒輪材料的彈性模量為4. 6 x 107MPa，波松比為0.3。

由有限元法(FEM)分析計算出隨機動載荷譜下輪齒在嚙合過程中最大動應力齒輪的位置、數(shù)值及周期。

3.4基于斷裂力學的疲勞裂紋壽命預測

斷裂力學是在承認裂紋存在的前提下進行疲勞強度計算(即微裂紋形成忽略)，失效判據(jù)是裂紋擴展到臨界尺寸時發(fā)生疲勞斷裂，應力強度因子幅度可用以下關(guān)系表示

對裂紋半長a的積分求出裂紋擴展的應力循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命。計算N時，應力強度因子幅}k、裂紋初始半長a1、裂紋半長極限值a2由式(1)計出。其中:c為與材料有關(guān)的系數(shù)，a為幾何效應因子，山為復應力變化范圍。

3.5虛擬試驗結(jié)果分析

以實作齒輪試驗的4級應力水平作虛擬疲勞試驗，求得各應力水平下的疲勞壽命數(shù)據(jù)，這樣可用最小二乘法得出待試驗材料齒輪的S一N曲線。

圖4虛線部分為42CrMo材料齒輪采用上述虛擬技術(shù)所作的S一N曲線，試驗中取5個壽命水平N= 0.5 x 1護，1.0 x 1護，1.5 x 1護，2.0 x 1護，2.5 x 1護的應力分布。與圖4中實線部分的實作齒輪試驗S一N曲線對比可知，虛擬試驗得到的S一N曲線與實際齒輪高可靠度下的S一N曲線比較接近，有一定的參考價值。

4、結(jié)語

(1)采用全壽命成組試驗法得到產(chǎn)品的全壽命概率分布依據(jù)的是大樣本試驗，因此解決復雜機電系統(tǒng)使用期限內(nèi)無故障的全壽命設(shè)計具有極高的經(jīng)濟價值和十分深遠的應用前景。全壽命設(shè)計已成為衡量一個國家機電產(chǎn)品設(shè)計水平先進與否的重要指標，只有攻克使零部件全壽命試驗與環(huán)境相容這一難題，才能更好地發(fā)揮全壽命設(shè)計對國民經(jīng)濟發(fā)展的促進作用，迅速把我國的可靠性設(shè)計水平提高到主動可靠性設(shè)計的國際前沿水平。