工程结构时变失效概率分析

摘　要:用泊松脉冲随机过程模拟机车车辆荷载,考虑抗力随时间的变化,给出工程结构时变失效概率的计算公式。定性分析抗力衰减函数、荷载平均发生率和结构服役时间对失效概率的影响。结果表明,在其他因素确定的情况下,荷载发生频率的增大、结构服役时间的延长及抗力的衰减均会导致失效概率增加,其中抗力衰减引起结构失效概率的增加更明显。因此在服役过程中需对结构进行定期的检测维修,以确保其可靠性。
关键词:结构;时变失效;可靠度;失效概率
我国铁路工程结构可靠度规范[1]规定,以结构可靠度理论为基础的极限状态设计基本原则和方法,作为制定铁路桥涵、隧道、轨道、路基以及支挡建筑等铁路工程结构设计规范共同遵守的准则。在实际应用中,结构上的作用力采用其在设计基准期或设计状况持续期内的极值以随机变量形式来表示。结构抗力取值没有考虑风化、腐蚀以及损伤引起的衰减,因此,结构可靠度模型是静态模型。结构上的作用效应随时间的变化规律宜采用随机过程描述。本文在已有文献的基础上,用随机过程模拟机车车辆荷载,同时考虑抗力衰减,给出工程结构时变失效概率公式,并分析各种因素对结构失效概率的影响。
结构在服役过程中承受的荷载可以分为恒载、可变荷载和偶然作用。文献[2, 3]认为活载服从泊松随机过程。将其中变化比较缓慢、持续时间较长的荷载(如建筑工程中的楼面活荷载)归为一类,用泊松方波过程模拟;将变化比较急剧、持续时间较短的荷载(如风荷载、地震荷载)归为一类,用滤过泊松过程模拟。文献[4]认为临时性活荷载的持续时间很短,理论上可将其视为不同时间点的脉冲,用泊松脉冲随机过程表示。文献[5, 6]认为对结构安全起控制作用的荷载在其发生时间内是不变的,其持续时间相对于恒载很短,可以将其简化为泊松脉冲过程。机车车辆荷载呈现严格的间隔规律性,文献[7]认为其服从泊松随机过程。由于机车车辆荷载的持续时间很短,可假定荷载在其持续时间内按最大值发生,本文用泊松脉冲随机过程模拟机车车辆荷载。

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