1、中文 8000 字 ， 6000 单词， 3.1 万英文字符 出处： Imai K, Dan M F. Reliability-Based Assessment of Suspension Bridges: Application to the Innoshima BridgeJ. Journal of Bridge Engineering, 2016, 6(6):398-411. 基于因岛大桥的悬索桥的可靠性评估 美国土木工程师协会会员， Kiyohiro Imai1 Dan M. Frangopol 摘要 在日本 ,许多悬索桥和斜拉桥设计和建造在本州岛和四国岛之间。所有这些桥梁均按 照许用
2、应力设计方法进行设计的。而在容许应力设计方法中 ,桥梁构件以及全桥系统的可靠 性是不可量化的。因此 ,根据当前的可靠性设计原理 ,从概率的角度去评估悬索桥的安全是非 常迫切的。同时，为了发展具有成本效益的设计和维护策略 ,有必要评估运用可靠性方法设 计的悬索桥的使用条件。本研究是由基于概率的几何非线性有限元分析完成的。它描述了对 悬索桥的可靠性评估的调查。可靠性分析和几何非线性弹性分析的结合，使得悬索桥可靠性 的测定成为可能。于是，由接口系统可靠性分析程序与有限元程序编写的一个概率有限元弹 性几何非线性的代码 ,可用于悬索桥的可靠性评估。日本现有的悬索桥 -因岛大桥的可靠性评 估是使用以上提出
3、的代码完成的。评估是基于静态载荷的影响。桥梁的可靠性是由二维和三 维几何非线性模型获得。此外 ,破坏是评估影响未损坏的构件和桥梁可靠性各种因素的依据。 最后 ,敏感信息将作为评估桥梁的可靠性的主导影响因素。 1 前言 在日本，许多悬索桥和斜拉桥是设计和建造在本州岛和四国岛之间 ,其中包括 世界上最长的悬索桥【明石海峡大桥 (图 1)】和世界上最长的斜拉桥【多多罗大 桥 (图 2)】。连接这两个主要岛屿的这些桥梁建造在三条航线上。所有这些桥梁 均按照许用应力设计方法设计的。而在容许应力设计方法中 ,桥梁构件以及全桥 系统的可靠性是不可量化的。因此 ,根据当前的可靠性设计原理 ,从概率的角度去 评
4、估悬索桥的安全是非常迫切的。 这些桥梁通过平衡桥梁使用的可靠性和预期生命周期维护成本，必须制定最佳 维修策略。因此 ,进行悬索桥的可靠性评估是必要的。悬索桥的分析是运用几何 非 线 性 弹 性 有 限 元 分 析 方 法 进 行 的 。 几 何 非 线 性 分 析 在 Bathe (1982), Crisfield (1991), Zienkiewicz and Taylor (1991), and Felippa (1998)中 作了详细解释。 在这项研究中 , 将使用几何非线性弹性结构的有限元公式 (GNS) 进行分析。 可靠性指标的测定是一个在标准正态空间的优化问题 (Shinozuka
5、 1983; Ang and Tang 1984)。有两种基本方法来评估结构可靠性 :一阶可靠性方法 (FORM)和 二阶可靠性方法 (SORM)。破坏面形式接近超平面的是 FORM,破坏面是抛物面的是 SORM。如果破坏面是非线性的 ,由 SORM 得出的结果将更准确。 然而 ,如果破坏面 几乎是平面 ,则由两种方法得出的可靠性几乎是相同的。正因为确定可靠性指标 是一个优化问题 ,所以需要评估响应梯度。如果结构的响应可以用一个分析解描 述 ,响应梯度的评估也可以不借助有限元方法实现。然而 ,如果是复杂的结构 ,则 必须借助有限元方法获得响应梯度。因为这个原因 ,有限元可靠性分析已经发展 起
6、来 。 几 何 非 线 性 结 构 的 有 限 元 可 靠 性 分 析 方 法 也 已 由 Liu 和 Der Kiureghian(1989,1991)开发出来。 图 1.明石海峡大桥 (HSBA) 图 2.多多罗大桥 (HSBA) 基于他们的开创性工作 ,在由 Estes and Frangopol (1998)开发的系统可靠 性分析的 RELSYS 代码和由 Taylor (1996)开发的非线性有限元的确定性分析代 码之间创建了一个接口。在这项研究中 ,现有的悬索桥的可靠性评估 ,比如因岛大 桥 (图 3),为由 2 d 和 3 d 几何非线性模型分别在活载和风荷载得到的。评估是 基于静态荷载的影响。此外 ,破坏是评估影响未损坏的构件和桥梁可靠性各种因 素的依据。最后 ,敏感信息将作为评估桥梁的可靠性的主导影响。 图 3.因岛大桥 (HSBA) 图
