[发明专利]一种土木工程结构可靠度演化及剩余寿命预测方法

摘要

本发明涉及一种土木工程结构可靠度演化及剩余寿命预测方法。首先，根据数值分析或力学知识判断结构可能的控制截面；其次，通过初始设计信息的统计结果假设各参数所服从分布，并由此计算结构抗力及荷载所服从的概率分布；再次，计算荷载、收缩及徐变影响下的刚度衰减系数D(i)；进一步，更新结构抗力分布函数，由此得到此时的抗力概率分布，并到得可靠度‑荷载曲线关系；而后，建立可靠度‑时间曲线，预测结构经历荷载步i后结构剩余使用寿命；最后，结合实测信息不断更新剩余寿命预测结果，并以各控制截面的寿命最短值作为整个结构的剩余使用寿命。

主权项

1.一种土木工程结构可靠度演化及剩余寿命预测方法，其特征在于：首先，根据数值分析或力学知识判断结构可能的控制截面；其次，通过初始设计信息的统计结果假设各参数所服从分布，并由此计算结构抗力及荷载所服从的概率分布；再次，计算荷载、收缩及徐变影响下的刚度衰减系数D(i)；进一步，更新结构抗力分布函数，由此得到此时的抗力概率分布，并到得可靠度‑荷载曲线关系；而后，建立可靠度‑时间曲线，预测结构经历荷载步i后结构剩余使用寿命；最后，结合实测信息不断更新剩余寿命预测结果，并以各控制截面的寿命最短值作为整个结构的剩余使用寿命；该方法具体实现步骤如下，S1：分析判断结构可能出现的控制截面；S2：根据初始设计信息的统计结果，假设各结构参数的概率分布函数；S3：将结构抗力看成是各初始参数的函数，建立抗力统计量，得到抗力的概率分布密度函数fR(r)；S4：计算刚度衰减系数D(i)；a)通过初始设计信息及调研情况预测结构未来可能承受的外荷载，得到外荷载‑时间曲线；b)计算结构在不同荷载作用下的刚度，结合a)得到荷载影响下的刚度‑时间曲线；c)利用经验公式计算结构收缩及徐变影响下的变形‑时间曲线，推导出徐变、收缩、及荷载共同影响下截面刚度‑时间曲线；将t时刻的刚度记为B(t)；d)考虑到结构控制截面的刚度衰减，将控制截面的刚度表达为式(1)B(t)＝B0·D(t)   (1)其中，B0为初始时刻控制截面的刚度，B(t)为外荷载F(t)作用时刻控制截面的刚度，D(t)为t时刻控制截面刚度衰减系数，即t时刻结构抗力与初始抗力之比；最后将第i次荷载作用时刻t的刚度衰减系数D(t)记为D(i)；S5：考虑包括结构参数、测量噪声的不确定性因素，将实测数据看作随机变量，得到外荷载的概率分布密度函数FQ,i(r)；S6：将fR(r)、FQ,i(r)、D(i)代入公式(2)，得到经历过第i次荷载后抗力大于r的概率更新为FR,n‑timesn(r)：由此得到此时的抗力概率分布，并到得可靠度‑荷载曲线关系；S7：综合对未来外荷载的估计以及步骤S6的结果，建立结构可靠度‑时间曲线；同时计算既有结构的目标可靠度指标，判定结构可靠度指标小于目标可靠度指标的时刻为失效，进而预测结构经历荷载步i后剩余使用寿命；S8：测量结构变形值，更新步骤S3的结构刚度退化情况；S9：重复步骤S5、S6、S7、S8，不断更新剩余使用寿命的预测结果，最后以各控制截面的寿命最短值作为整个结构的剩余使用寿命。