基于时变可靠指标的桥梁剩余寿命预测

基于时变可靠度的优化桥梁检测维修规划的方法
景胜
【期刊名称】《黑龙江交通科技》
【年(卷),期】2014(37)10
【摘要】桥梁在使用过程中会因为时间增加而出现功能性蜕化，这样的蜕化是导
致桥梁出现损坏的重要因素，因此在桥梁的检测和维修规划设计时应考虑时间对桥梁安全性的影响，此时引入时变可靠度就可以帮助桥梁维修做出科学而合理的判断，以此提高检测和维修的效率。

【总页数】2页(P87-87,89)
【作者】景胜
【作者单位】四川蜀工公路工程试验检测有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U442
【相关文献】
1.基于不完备检测的飞机结构维修优化方法
2.基于桥梁景观分类的片区桥梁景观规划方法探究——以杭州湾新区桥梁景观规划为例
3.基于时变可靠度的高铁列控系
统维修周期的确定方法研究4.基于可靠度与状况指标的桥梁维修优化方法5.基于
风险的船体结构腐蚀优化检测及维修规划
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第31卷第6期2001年11月东南大学学报(自然科学版JOURNA L OF S OUTHE AST UNIVERSITY (Natural Science EditionVol 131No 16Nov. 2001基于结构健康监测系统的桥梁疲劳寿命可靠性评估郑蕊李兆霞(东南大学土木工程学院, 南京210096摘要:时程曲线进行桥梁结构疲劳寿命的可靠性评估. 时程曲线, 通过统计分析得到其标准样本, 认为该桥上所有的应变循环都是这个标准样本的重复; 利用雨流计数法, 得到标准样本的应力幅谱. 在对桥面结构细节的疲劳寿命进行可靠性评估时, 利用BS5400关于桥梁构件细节的标准分类结果对已有的概率模型进行修正, 得到适合于桥梁疲劳寿命可靠性评估的概率模型.关键词:结构健康监测系统; 疲劳寿命; 可靠性; 概率模型中图分类号:O346. 5文献标识码:A : 03收稿日期:2001205209. 作者简介:郑蕊, 女, 1975年生, 硕士研究生.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50178019 ., , 桥梁结构的耐久性主要是由桥梁关键构件的疲劳性所决定的. , 从而可对桥梁的疲劳损伤作出估计, 并对其疲劳寿命作出可靠性预测.1应力幅数据来源及整理1. 1青马大桥健康监测系统青马大桥总长2. 2km , 主跨1. 377km , 是世界上最长的公路、铁路两用悬索桥. 桥面分为2层, 上层为高速公路, 下层主要为铁路. 构造上, 青马大桥的桥面部分是桁架和箱形结构的混合结构.青马大桥的结构健康监测系统永久性的安装了265个传感器. 桥梁结构是由许多板、梁和杆件通过焊接、铆钉和一些其他方式连接构建而成的. 桥梁中的疲劳裂缝可能会出现在这些连接处. 因此, 桥梁结构的构件细节是疲劳分析的主要部分. 根据Flint 和Neill Partnership 关于桥梁结构各个不同部位的构件的危险程度和薄弱等级的评述, 最危险的部位是那些承受高速公路交通载荷且位于最外层车道的部位. 因此, 作者选取这样的关键部位之一SST LN 01(位于外层纵向桁架的上弦杆来说明如何进行疲劳损伤的统计分析. 1. 2应力幅频为了能够获取真实而完整的能代表各种应力范围及其各自频率的数据, 需要一段足够长的数据记录时间. 对于高速公路的监测,2d 或3d 的过程被认为是能满足以上要求的. 因为桥梁疲劳主要是高周疲劳, 结构中的循环应力都在比例极限以内, 因此可用公式σ=εE 计算相应的应力.应用雨流计数法, 筛去非敏感区以内的应力幅, 得到名义应力幅谱. 由于利用SST LN 01所记录的应变数据计算得到的应力幅只是相关构件的名义应力, 而疲劳累计实际上是发生在构件的焊接细节处. 为了得到位于应变计附近焊接细节处危险点(一般是焊趾处的实际应力, 可以将名义应力用几个系数加以修正, 如S =K w K d K g S n [1](1 式中, S n 为应变计处的名义应力; K g 为由于考虑焊缝附近的几何不连续性而得到的应力集中系数; K d 为焊趾处的应力分布系数; K w 为由焊接过程引起的位于焊趾的残余应力和缺陷影响系数. 在最靠近应变计表1SST LN 1附近焊趾处实际应力幅频实际应力S /MPaa i2. 352. 50×10-27. 054. 00×10-111. 744. 00×10-216. 441. 33×10-121. 142. 76×10-125. 831. 08×10-130. 536. 00×10-335. 234. 00×10-339. 926. 00×10-344. 624. 00×10-463. 414. 00×10-477. 504. 00×10-482. 19-4SST LN 01的焊缝处, 由于焊缝附近无明显的形状变化和几何不连续性, 所以选取K g =1; 根据对局部应力分析结果, 取K d =1. 14; 根据参考实验结果, 取K w =2. 06. 表1为按上述方法修正后SST LN 01附近焊趾处危险点的实际应力幅频.2不同失效概率下的疲劳寿命根据英国规范BS5400[3]对桥梁在不同失效概率下疲劳曲线各参数的实验研究, 可根据BS5400中的公式计算得到不同可靠概率下桥梁的疲劳寿命N 1∑ni =1a i S m i =K 0Δd(2式中, N 1为在变应力幅S i 作用下的失效循环数; a i 为第i 级应力幅的循环数和总循环数之比; S i 为第i 级应力幅; , K 0, m是和统计分析结果的50%概率(即平均寿命相关的常数; Δ; d 是低于中线值的标准方差数.实验结果得到的疲劳寿命失效概率/%dN /a50. 000. 063031. 000. 548416. 001. 03722. 302. 02190. 143. 0130参阅BS5400对各细节类别的列表, 在应变计SST 焊接细节类别为F 2, K 0=1. 23×1012, m 3. 0BS5400. 较大, 这是因为:, 各系数均选取了较小值;设计强度, 所以得到较长的疲劳寿命是合理的.3基于概率模型的疲劳寿命在前面的计算中, 只计算了5种失效概率下的疲劳寿命, 这是因为在BS5400的相应列表中, 只提供了根据实验结果整理出来的这5种失效概率下的计算参数. 为方便计算任何概率下的疲劳寿命, 作者对已有的概率模型[2]进行修正, 得到适合桥梁疲劳寿命评估的概率模型. 3. 1疲劳寿命的概率模型此模型[2]的思路是, 首先应用Miner 线性累积损伤理论进行平均寿命计算(Miner 损伤准则对于平均寿命的计算, 可靠程度比较理想 , 再由疲劳寿命近似服从对数正态分布的假设, 得到不同疲劳寿命的可靠性系数.平均疲劳寿命可以由50%存活率的P S N 曲线( N σm =C 得到, 据文献[2]N =∑k i =1a i Smi(3式中, N 为平均疲劳寿命; C 为50%存活率的P S N 曲线常数, 这里参考了BS5400的实验常数.因为结构疲劳寿命近似服从对数正态分布, 所以对数形式的疲劳寿命服从正态分布, 故可用标准正态分布公式求得可靠性系数Z R =lg N -lgN σlg N(4因此不同可靠度下疲劳寿命N R 的计算公式据文献[2]可由下式得到:N R =lg -1Z Ra 0-b 0mlg ∑ki =1a iSm i-∑k i =1a iSm i(5式中, a 0, b 0[3]分别是与材料和接头形式有关的材料常数.3. 2概率模型的修正式(5 中的参数a 0, b 0是与机械零件的疲劳寿命有关的常数, 必须通过对所分析的材料和焊接细节进27东南大学学报(自然科学版第31卷行实验来得到. 在现有条件下, 不可能对青马大桥所用的结构钢及其构件细节进行实验. 因此, 这里采用了根据上述用BS5400的计算结果来反演所需参数的方法. 为使此概率模型适合于桥梁疲劳寿命的评估, 将利用式(5 计算得到的失效概率为31%的桥面疲劳寿命和利用BS5400计算得到的相同失效概率下的疲劳寿命相比较, 从而得到适合于桥梁结构的参数a 0, b 0.当m =3, C =1. 23×1012, 失效概率为31%时, Z R =0. 4958[3], 试取a 0Πb 0=2. 67, 可用式(5 计算得到a 0=0. 4384, b 0=0. 1642. 表3是利用修正过的概率模式计算得到的不同失效概率下青马大桥桥面的疲劳寿命.表32种方法计算得到的桥面疲劳寿命的比较失效概率/%Z R用BS5400计算得到的疲劳寿命N R /a用修正过的概率模型计算得到的疲劳寿命N R /a31. 000. 495848448416. 000. 94603723722. 301. 99602212190. 142. 9900131130从表3的比较中可看出, 利用修正过的概率模型计算得到的不同失效概率下的桥梁构件细节的疲劳寿命和利用BS5400中的参数结果所得到的疲劳寿命吻合, 因此本模型具有一定的实用价值, 可用来评估不同失效概率下桥梁的疲劳寿命. 而且, 用本模型可以计算在表3中所列失效概率以外的其他失效概率下的疲劳寿命.4结语. , , 认为该桥上所有的应变循环都是这个标准样本的重复, d ., 首先利用英国规范BS5400对桥梁在不同失效概率下疲劳曲线各参数的实验结果, 计算得到不同可靠概率下桥梁的疲劳寿命. 然后对已有的概率模型参数进行修正, 得到适合桥梁疲劳寿命评估的概率模型. 计算结果表明利用修正过的概率模型计算得到的不同失效概率下的桥面疲劳寿命和利用BS5400实验结果所得到的疲劳寿命吻合, 因此本模型具有一定的实用价值.感谢香港特区政府路政署为本项研究提供了宝贵的实测数据和有关的图纸资料.参考文献1Li Z X , Chan T H T , K o J M. Fatigue analysis and life prediction of bridges with structural health m onitoring data —part I :methodolo 2gy and strategy. Int J Fat , 2001,23(1 :45～532吕澎民, 严隽耄. 焊接转向架结构可靠性疲劳寿命预估方法研究. 兰州铁道学院学报,1995,14(3 :80～863赵永翔, 张质文. 以可靠度观点确定起重机金属结构许用应力. 机械强度,1994,16(1 :61～64R eliable Evaluation of B ridge F atigue LifeB ased on Structural H ealth Monitoring SystemZheng Rui Li Zhaoxia(C ollege of Civil Engineering , S outheast University , Nanjing 210096, ChinaAbstract :In order to use strain 2time curve recorded by the structural health m onitoring system to reliably evaluatethe fatigue life of bridge structure. Strain 2time curves of several days are selected , a representative block of cycles is obtained by statistical analysis , and it is believed all strain cycles in the bridge are repeats of the representative block of cycles. The stress spectrum of the representative block of cycles is obtained by rain 2flow counting method. When the fatigue life of bridge 2deck section details is reliably evaluated , a m odified probability m ode suitable for bridge fatigue evaluation is obtained through using the standard classification results about bridgecom ponent details from the British Standard BS5400. K ey w ords :structural health m onitoring system ; fatigue life ; reliability ; probability m ode37第6期郑蕊等:基于结构健康监测系统的桥梁疲劳寿命可靠性评估。

基于检修维护数据分析的电力设备寿命预测在电力行业，设备的寿命预测对于维护和运营至关重要。

准确预测电力设备的寿命，能够及时制定维护计划，有效降低故障率，提高设备的可靠性和稳定性。

近年来，基于检修维护数据分析的方法在电力设备寿命预测中得到广泛应用，本文将对这一方法进行探讨。

一、概述电力设备的寿命预测是通过分析设备的历史维护数据，并运用统计模型来预测设备的剩余寿命。

这些数据包括设备的运行状况、维修记录、故障次数等。

通过分析这些数据，我们可以了解设备的健康状况，预测设备可能发生故障的时机，进而制定相应的维护计划。

二、数据收集与整理在进行寿命预测之前，首先需要收集和整理设备的检修维护数据。

这些数据可以来源于企业的维护记录、故障报告等。

数据的准确性和完整性对于预测结果的可靠性有着至关重要的影响。

因此，我们需要对数据进行清洗和去噪，保证数据的质量。

三、数据特征分析在收集和整理了电力设备的检修维护数据之后，我们可以对这些数据进行特征分析。

通过统计分析，我们可以得到各个特征之间的相关性。

例如，设备的年龄、维修次数、故障次数等特征与设备寿命之间是否存在某种关联。

这些特征的分析有助于我们建立合适的模型来预测设备的寿命。

四、建立预测模型在进行数据特征分析之后，我们可以根据分析结果建立预测模型。

常用的模型有回归模型、神经网络模型、决策树模型等。

这些模型基于不同的算法和假设，能够对设备的寿命进行预测。

选择合适的模型是关键，需要考虑到数据的特点、复杂度和预测结果的准确性。

五、模型评估与调优建立了预测模型之后，我们需要评估模型的性能和准确度。

评估指标可以包括预测误差、模型拟合程度、预测准确率等。

通过评估结果，我们可以判断模型的有效性和适用性，进而对模型进行调优。

模型调优可以包括参数调整、特征筛选、算法改进等，以提高模型的预测能力。

六、寿命预测与维护策略制定在建立了准确可靠的预测模型之后，我们可以利用这个模型来预测电力设备的寿命。

ANSYS响应面法在钢筋混凝土桥梁剩余寿命计算中的应用钢筋混凝土桥梁是现代城市中最常见和关键的基础设施之一、随着其使用年限的增加，桥梁结构可能会出现一些微小的缺陷和损伤，这些缺陷和损伤可能会危及桥梁的可靠性和安全性。

因此，了解桥梁的剩余寿命是至关重要的，以避免人身和财产损失。

ANSYS是一种广泛应用于结构力学和土木工程领域的有限元分析软件。

它可以模拟和分析结构在各种荷载和环境条件下的行为，为结构的可靠性评估提供支持。

而响应面法是一种基于有限元模型和实验数据之间的关系来估计目标输出变量的方法。

因此，ANSYS响应面法是一种有效的工具，可以应用于钢筋混凝土桥梁的剩余寿命计算中。

1.确定关键参数：在钢筋混凝土桥梁的剩余寿命计算中，确定关键参数是至关重要的。

这些参数可能包括桥梁的年龄、荷载、环境条件、材料性质等。

通过对这些关键参数的研究和分析，可以建立一个合适的数学模型来描述桥梁寿命与这些参数之间的关系。

2.建立有限元模型：使用ANSYS软件，可以建立钢筋混凝土桥梁的有限元模型。

这个模型应该准确地描述桥梁的几何形状、材料属性和边界条件。

3.设计实验：为了建立响应面模型，需要进行一系列的实验。

这些实验应该覆盖关键参数的范围，并要求模型以产生相关的输出变量。

这个过程可以通过ANSYS软件的参数化设计功能来实现。

4.响应面拟合：在完成实验后，需要对实验数据进行处理和分析，得到一个足够准确的关系公式，用于描述关键参数与输出变量之间的关系。

这个关系公式可以是多项式、指数函数或其他类型的数学模型。

5.剩余寿命计算：通过应用响应面模型，可以预测桥梁在不同时间和环境下的寿命。

这个模型可以根据不同的输入参数来计算桥梁的可靠性指标，例如应力、应变、位移等。

6.敏感性分析：通过对响应面模型的敏感性分析，可以确定哪些参数对桥梁寿命的影响最大。

这些参数可以作为改善桥梁可靠性和安全性的目标。

ANSYS响应面法在钢筋混凝土桥梁剩余寿命计算中的应用具有一定的优点。

Road & Bridge︱160︱2017年7期基于全寿命桥梁性能设计的对桥梁退化分析和可靠度评估白 亮台州市交通勘察设计院，浙江 台州 318000摘要：古今中外，有很多桥梁倒塌的例子，足以给人们敲响警钟。

市政工程建设推动了城市的快速发展，为人们生活提供了极大的便利。

从目前我国桥梁设计的情况来看，舒适、美观、安全和经济是设计的主要要求。

在实际的设计环节中，设计者往往更加注重桥梁的极限状态，而对于使用的极限状态却没有给予应有的重视。

因此，导致桥梁出现耐久性安全这问题。

基于此，本文主要对市政桥梁设计的安全性与耐久性进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。

关键词：桥梁设计；退化分析；可靠度中图分类号：U443 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0160-021 混凝土碳化引起的桥梁退化分析 从当前形势来看，虽然大部分完成施工的桥梁结构具有极强的稳定性，但是经过长期的使用及车辆碾压，必然会出现一定的磨损问题，如果不能及时发现市政桥梁中的问题，那么将会导致桥梁的高危运营，这不仅能够缩短市政桥梁的使用寿命，更严重的还会造成不同程度的安全事故，因此通过对上述问题进行研究可以发现，只要市政桥梁设计存在片面性及偏失性，就会直接导致桥梁后续使用中一系列问题的发生，所以这就需要工作人员在进行桥梁设计时将安全性及耐久性重点关注起来，并将其与设计要素进行充分结合，只有这样才能为市政桥梁工程的高效开展打下坚实的基础。

总的来说，需要考虑其对混凝土覆盖层碳化深度的影响。

1.1 混凝土碳化深度的计算目前我国使用的系数随机模型如下式所示：式中：k —为碳化速度系数mc k —随机变量计算模型的不确定性，主要反映了碳化模型计算中结构和实际试验结果的差异，而且还包括其他随机因素在模型中未能考虑混凝土碳化的影响；2CO C —环境中2CO 浓度（%）T —表示年平均温度（℃）RH —表示年平均相对湿度（%）uck f —砼每立方体抗压强度标准值（MPa ）j k —表示角部修正系数,角部取1.4,非角部取1.0；p k —养护浇筑影响系数,主要考虑的是施工过程中振捣、养护及拆模时间对碳化速度的影响；s k —工作应力影响系数,混凝土受压时取1.0,受拉时取1.1；对于受拉时的修正系数与应力水平有关且应该更大,；t —计算时间。

部件寿命服从威布尔分布时典型系统的寿命与剩余寿命估计Z HAO Qian;JIA Xiang;CHENG Zhijun;G U O Bo【摘要】在实际工程中,对系统寿命以及剩余寿命的估计非常重要.在已知系统中部件寿命与可靠度的前提下,关于如何快速得到系统级寿命与剩余寿命的相关研究比较缺乏.针对这一问题,首先研究了可靠度、寿命以及剩余寿命的关系,进一步假设部件寿命服从同一威布尔分布,根据部件的寿命与可靠度函数,推导得到串联、并联和表决系统寿命与剩余寿命期望的封闭表达式,并给出了相应的计算方法.对于冷备系统,当部件寿命服从同一指数分布时,推得了系统寿命及剩余寿命期望的封闭表达式,而当部件寿命服从同一威布尔分布时,给出了系统寿命与剩余寿命的数值计算方法.仿真试验证明本文所提出的方法是准确高效的.最后,以卫星中的动量轮r／n(G)表决系统为例开展了实例研究,证明了该方法在工程实践中的有效性.%In practical engineering ,it is significant to estimate the lifetime and residual life of a system .The research is limited for how to obtain the lifetime and residual life of a system efficiently by using the lifetime and reliability of components .M otivated by this problem ,relationship betw een reliability ,lifetime and residual life is analyzed in this paper .Further ,on the assumption that the components are identically and independently Weibull distributed ,the closed‐forms for lifetime and residual life of series ,parallel and r／n(G ) systems are derived based on lifetime and reliability function of components ,respectively .And the calculation method is presented accordingly .N ex t ,for the lifetime and residual life of the cold standby system ,the closed‐form is obtained w hen the components lifetime are identically exponentially distributed andnumerical method is proposed w hen components follow Weibull distributions .The numerical examples prove the proposed method is accurate and efficient .Finally ,a r／n(G) system composed by momentum w heels is taken as an example and the results show s that this method is worth learning in engineering practice .【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2019(041)007【总页数】7页(P1665-1671)【关键词】典型系统;系统寿命;系统剩余寿命;威布尔分布;封闭表达式【作者】Z HAO Qian;JIA Xiang;CHENG Zhijun;G U O Bo【作者单位】College o f Systems Engineering , N ational University o f De f ense Technology ,Changsha 410073 ,China;College o f Systems Engineering , N ational University o f De f ense Technology ,Changsha 410073 ,China;College o f Systems Engineering , N ational University o f De f ense Technology ,Changsha 410073 ,China;College o f Systems Engineering , N ational University o f De f ense Technology ,Changsha 410073 ,China【正文语种】中文【中图分类】T P 200 引言随着工程系统的大型化、复杂化变化趋势,系统寿命以及剩余寿命预测的问题亟待解决。

基于时变可靠度的锈蚀混凝土结构全寿命成本模型陆春华;袁思奇【摘要】为了分析混凝土结构在氯盐环境下的全寿命周期成本,基于现有氯离子扩散模型和裂缝宽度预测模型,采用MATLAB软件进行Monte-Carlo抽样模拟,建立结构失效概率与可靠度指标的拟合公式.通过研究维护-加固措施对可靠度指标的影响,建立全寿命周期内维护-加固费用计算评估方法,并以混凝土桥梁结构为例计算了全寿命周期维护-加固成本.结果表明:失效概率与可靠度指标可用以失效概率等于0.1为界的分段函数进行描述;维护-加固效果持续时间对结构构件服役年限延长的影响最显著;当保护层厚度取60 mm时,维护-加固阶段费用有明显下降,较保护层厚度取40 mm时减少25%~50%.%In order to analyze the life-cycle cost of concrete structures in chloride environment, the existing chloride diffusion model and crack width prediction model were used, Monte-Carlo sampling simulation was carried out using MATLAB software, and the fitting formula of structural failure probability and reliability index was established.The calculation method of maintenance-reinforcement cost in the whole life cycle was established combining the influence of maintenance-reinforcement measures on reliability index, and the life-cycle maintenance-reinforcement cost was calculated by taking concrete bridge structure as an example.The results show that the failure probability and reliability index can be described by piecewise function with failure probabilities being 0.1 as boundary.The duration of maintenance-reinforcement effect has the most obvious effect on service life extension of structural members.When the thickness of protective layer is 60 mm, themaintenance-reinforcement cost decreases obviously, and is reduced by 25%-50% compared with the thickness of protective layer 40 mm.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】8页(P71-78)【关键词】混凝土结构;氯盐侵蚀;锈胀裂缝宽度;时变可靠度;全寿命成本【作者】陆春华;袁思奇【作者单位】江苏大学土木工程与力学学院,江苏镇江 212013;江苏大学土木工程与力学学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TU375钢筋混凝土结构是土木工程最主要的结构形式。