可靠度理论论文范文
时间：2023-03-15 14:30:22
导语：如何才能写好一篇可靠度理论论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
完善的监理管理制度是落实电力工程监理管理的前提条件，因此电力企业要根据电力工程的实际特点完善安全监理制度。由于电力工程建设监理单位对相关法律法规认识不深，这在很大程度上制约了监理制度的发展，工程监理也难以与国际接轨。因此，为了有效发挥监理单位的作用，应通过完善工程监理法律法规体系来促进监理行业的发展，使监理单位在电力工程建设中发挥重要作用。在工程监理法律法规体系中，应明确规定监理单位的责任和义务，包括:第一，监理单位需要对电力工程建设的质量、安全、成本、施工进度进行控制，进行工程建设信息和合同管理，积极协调相关单位间的工作关系。第二，明确电力工程监理的工作范围，包括设计方案讨论;检查施工图方案;参与对承包商的招标评标;参与施工图交底、组织图纸会审;检查施工现场原材料及构件数目及质量等。第三，监理单位必须与业主签订监理合同，合同内容应包括监理工作范围，双方权利、义务和责任，合同必须按照《火力发电、输变电工程监理招标程序及招标文件范本》的相关规定，双方必须严格执行合同内容。第四，实行总监理师负责制，设立由专业监理工程师、总监理师及其他监理人员组成的监理机构，在施工现场设立监理机构，并配备相应的监理人员，各自履行自己的监理职责，由总监理师相关指令，总监理师有一定的授权范围，有权终止工程建设单位合同。
2电力企业应加强员工安全施工培训
安全管理监督管理体系的建立和设备定期的维修，在很大程度上可以提高变电站的运行安全。在变电站的电力设备操作过程中，存在较大的危险，尤其是在变电运行的过程中，需要大量的工作人员对设备进行操作，如果工作人员在操作过程中，安全意识不高，违规操作或者在操作的过程中发生失误，就有可能造成严重的后果，不仅有可能造成无法挽回的损失，更有甚者会造成人员伤亡。因此，电力企业要加强对员工安全施工的培训。同时，在变电站安全运行管理中，工作人员的文化素质及道德水平在很大程度上影响着电力工程的建设质量，加强对工作人员的培训工作，既要加强安全知识技能的学习，也要加强安全管理和相关法律法规知识的学习。通过制定绩效考核制度充分调动监理人员学习的积极性和主动性，只有提高了工作人员的文化素质，工作人员才能做好电力工程监督管理工作。对于高空作业的工作人员，必须要求持证上岗，加强对工作人员的知识教育，给予业主和施工单位更多的专业指导，做到“三控、两管、一协调”的管理，提高电力工程质量。在电力工程建设中，只有工作人员的业务技能得到提升，同时具备相应的法律道德观念，才能促进电力工程建设活动的顺利开展。通过对电力工程建设实行全过程的动态管理，充分发挥监督管理的作用，以促进电力工程建设持续、稳定地发展，提高电力安全监督的可靠性。
3加强电力安全监督队伍的建设
面对当前电力企业存在的问题，要顺应时代的发展，充分利用科学技术和法律对电力进行有效的监督。电力企业首先就要建立一支高效的监督队伍，定期对监督人员进行培训，使监督人员通过培训不断提高监管知识，熟练掌握和运用国家关于安全生产方面的法律法规，提高监管人员的综合素质。同时，为了提高监管人员在执法中的工作效率和提高监管人员的事故调查能力，要求监督人员具备对特殊事故的应急处理能力。只有建设起高素质的监督管理队伍，才能实现电力企业安全监督的可靠性。其次，电力企业还要明确划分安全检查的主要任务。电力企业电力安全监督的主要任务，就是彻底解决变电站运行过程中的热点问题和突发事件，把电网和电力供应安全作为电力企业安全监督的核心，及时了解安全生产的动态，掌握电力生产过程中发生的新问题，并根据问题的实际情况，制定相关的解决方案。再次，电力企业还要提高变电作业的风险意识。安全监察工作就是对风险进行管理，在传统变电作业中，缺乏风险防范意识，这种传统的方式已经不能满足当下社会主义经济建设对安全作业的要求，因此，要求电力企业对变电作业风险管理工作引起重视，建立完善的风险控制体系，将变电作业的风险降到最低。
4结语
篇2
关键词：地下工程，支护结构，可靠性
0.前言
地下支护是一种复杂的工程结构体系，其构筑过程中整个结构体系的力学特性和稳定性不仅受到岩石的生成条件和地质作用的影响，还受到隧道开挖方法、支护类型、支护时机、支护参数等因素的影响。若岩体强度高，整体性好，断面形状有利；岩体的变形发展到一定程度将自行终止，围岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由发展下去，最终导致围岩整体失稳而破坏。这种情况下，在开挖后适时地沿周边设置支护结构，对岩体产生抗力，形成约束。但考虑到地下结构体系的稳定性和安全性，应当结合围岩和支护的相互作用，达到一种可靠性设计。
1.概述
地下工程设计的目的是使所设计的结构能够完成全部功能要求，并且有足够的可靠性。论文参考网。所指的基本功能是由其用途决定的。性能指标有安全性、适应性和耐久性。一个建筑结构在
具有了这三种性能之后，称之为具有可靠性。支护结构的基本作用就是和围岩一起组成一个有足够安全的地下结构体系，能够承受可能出现的各种荷载，保持地下工程断面的使用净空。同时支护结构还要确保围岩性能的进一步恶化。因此，对既定的地下工程选择适当支护结构应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性与可靠性。在支护结构具有极大刚度的情况下围岩可以一点不产生变形；但支护结构必须使围岩保持原有的应力状态。若支护结构设施过迟，将会引起围岩结构松弛，自重能力下降。所以从可靠性和经济性考虑，在进行既定工程实施开工时，须考究工程围岩特性和支护对其作用机理。
2.支护结构可靠性的确定
可靠性是非数量的概念，为了把可靠性作为建筑结构性能的数量化指标，我们将在规定的条件下和规定的时间内完成预定功能的概率称为可靠度。结构完成预定功能的标志由极限状态方程来衡量。结构整体或部分在超过某状态时，结构就不能满足设计规定的某一功能的要求的这种状态，称为结构的极限状态。结构的极限状态一般由状态函数(或称功能函数)加以描述。设结构状态函数为
当z＞0时，结构处于可靠状态；当z＜0时，结构处于失效状态；当z＝0时，结构处
于极限状态。结构的可靠度即功能函数z＞0时的概率为
结构的失效概率即功能函数z<0时的概率为
显然有
可靠度分析中常用可靠度指标β来表示结构的可靠度，β定义为
若将正态变量S、R变为标准正态随机变量，则可靠度指标的几何涵义就是标准正态坐标系SOR中原点到权限状态直线的最短距离，引入到多个正态随机变量情况，可靠度指标就是标准正态空间中原点到极限状态面的最短距离，如图所示。
3.工程中支护结构的可靠选择
在地下施工中，支护结构的选择应根据客观需要和实际可能相结合的原则。客观需要是指围岩和地下水的状况，其状态有可能对稳定性和可靠性产生影响。实际可能就是支护结构本身的能力、适应性、经济性、及施工的可能性。比如，在多变的地质条件、块裂岩体及形状复杂的地下洞室，从使岩体强度增强的角度讲应采用锚杆。锚杆是一种能迅速起作用的支护类型，而且在复杂环境下不占作业空间，分布均匀。在软弱岩体、塑性或流变岩体和膨胀性岩体中，以及在围岩压力较大的条件下，保证工程的稳定安全，支护结构必须封闭。论文参考网。混凝土的抗拉伸和弯曲能力较浅，因此在素喷混凝土时通常都配合金属网一起使用。还有，在工程中对于抗拉性能较差的混凝土支护结构应尽量避免受弯矩作用，如设计的薄一点，圆顺些，在支护结构中设置铰或纵向伸缩缝，增加支护结构的柔性，减少弯矩，但必须结合地下工程的防水要求一并考虑。此文对支护结构中铰的防水问题不做讨论。
4.支护结构可靠性分析
通常，地下工程文护结构计算需考虑地层和支护结构的共同作用，一般都是非线性的二维和三维问题，而且，计算还与开挖方法、支护过程等有关。对于这类复杂问题，只有在特殊情况下才可能得到解析解答。目前，对支护结构数值的分析大都采用有限元法。根据地下下程的支护结构与其周围岩体共同作用的特点，通常可把支扩结构与岩体作为—个统一的组合体来考虑，将支护结构及其影响范围内的岩体一起进行离散化。地下工程有限元法多数采用内部加载方法求解，需要求调用内部边界上的释放荷载，并将其化为节点力。没沿预计开挖线上各点初始应力，在离散化的情况下，可假定沿开控面上两相邻节点之间的初始应力呈线性变化，如图所示，当开挖边界节点按逆时针次序排列时，开挖所引起的等效荷载释放。
有限元法作为一种广泛应用的数值解法，其计算的准确性与精度是不用怀疑的。然而应用于地下工程中，计算结果往往与实际有一定距离。一般来说，有限元法获得的围岩稳定计算结果的可靠性，取决于下述三个因素：(1)岩体参数取值的可靠性和准确度，主要是地应力和岩体力学参数。(2)围岩力学模型选用的正确性。(3)有限元的正确剖分和非线性计算的收敛情况。当然各种计算方法所得的安全度是不一样的，都缺乏非常严格的理论依据。从可靠性讲，有限元法当前普遍适用。
5.支护结构的设计原则和要求
一个可靠的支护结构应满足三点基本要求。一、保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作，过去工程的常用的木支撑和模板灌注混凝土衬砌，因为其施工工艺原因很难做到牢固接触，所以支护效果较差。由于接触点不固定，围岩压力极不均匀，常常造成衬砌受力异常，发生开裂甚至丧失使用功能。设计理论应全面接触为出发点，尽量选用能达到这个要求的结构形式。二、允许地下结构体系产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少支护结构的作用，使两者更加协调地工作。当然，柔性支护结构的柔度也应该有一定的限度，绝不是越柔越好。三、要能分期施工，并使早期支护和后期支护相配合，主动控制围岩的变形。论文参考网。当变形发展到一定程度时，初次支护可能因强度不足而产生问题，要随时补强到变形趋于基本稳定后再做后期支护结构。这种可分式的支护结构不仅使作业灵活，而且可以保证支护结构的经济性和可靠性。
基于要求，我们对各种支护结构都要有一个正确的评价，以便根据变化的地质条件加以合理的选择。
【参考文献】
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篇3
关键词：剪压复合作用；混凝土空心砌块砌体；抗震抗剪强度；下降段；破坏形态
中图分类号：TU398 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05000105
随着竖向压应力σy的增加，混凝土空心砌块砌体的剪切破坏依次表现为剪摩、剪压和斜压3类破坏形态[15]，如图1所示，而与之对应的分别是库仑、主拉应力和主压应力理论[1， 612]，如图2所示。但是，中国现行《砌体结构设计规范》[13]（简称砌体规范）和《建筑抗震设计规范》[14]（简称抗震规范）对混凝土空心砌块砌体的静力和抗震抗剪强度采用了各自不同形式的库仑理论公式，两者不仅在计算方法上不统一，而且在可靠度的取值上也与相对成熟的烧结普通砖砌体相差较大。具体表现在以下几个方面：
〖=D（〗 吕伟荣，等：混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度〖=〗 1）正如图1、2所示，单一的库伦理论公式仅适用于其对应的剪摩破坏，而对于另两类破坏形态，特别是具有明显下降段的斜压破坏，则拟合较差，甚至偏于不安全[1]。
2）如图3所示，尽管现行抗震规范较2001版规范在混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度计算上进行了调整，但当σ0/fv大于16时，按水平段取值仍不具备下降段，与实际明显不符，不能满足日益增长的高层配筋砌体结构设计[1516]的要求。
3）以MU10、M75的烧结普通砖砌体和MU10、Mb7.5的混凝土砌块砌体为例（取永久荷载分项系数γG=1.2），如图3所示，对于国内试验数据相对较多，运用也较为成熟的烧结普通砖砌体，其静力抗剪强度曲线①普遍高于抗震抗剪强度曲线③；而对实验数据相对较少的混凝土空心砌块砌体，其静力抗剪强度曲线②普遍低于抗震抗剪强度曲线④。两本规范对于这两类砌体结构在抗剪强度计算上表现出来的不同规律，值得商榷。
综上所述，现行抗震规范采用库伦理论公式计算混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度不仅不全面，而且其可靠度也值得质疑。针对以上问题，李晓文[17]、骆万康[18]、蔡勇[8， 12]、梁建国[19]等中国学者均对此进行了系统地研究，并提出了各自的计算公式，但均无法实现对剪摩、剪压和斜压三类破坏形态的全面模拟。
为此，本文作者于2008年提出了砌体剪压破坏区理。该理论认为，既然在多数的砌体剪压试验中剪摩与剪压破坏或剪压与斜压破坏共同出现，不妨将砌体的三类剪压复合破坏分为剪摩剪压破坏区和剪压斜压破坏区，通过引入权函数，推导出相应的砌体静力与动力抗剪强度简化公式[11]：
其中A、B及a需根据试验结果确定。在文[11]中，尽管也曾提出了混凝土空心砌块砌体的抗震抗剪强度公式，但该公式中A、B及a等参数的确定仅仅是在其静力抗剪强度公式的基础上，简单的对其曲线峰值折减15%得到，缺乏试验支持。
因此，本文将基于砌体剪压破坏区理论，引入近年来收集到的中国58片混凝土砌块砌体墙的剪压试验结果[19]，在保证可靠度的基础上，运用曲线拟合方法，确定式（1）的3个参数，提出了剪压复合作用下混凝土砌块砌体抗震抗剪强度设计值全曲线公式，解决了现行砌体和抗震规范中存在不合理和不安全的问题。1 剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体的抗剪强度全曲线 砌体剪压破坏区理论简化公式（1）具有下降段，能较全面的模拟砌体剪压破坏全曲线。为此，本文根据图1曲线中相关数学特征，可对公式（1）中的参数A、B及a确定如下：
根据中国现有的58片不同高宽比、不同试件尺寸、不同加载方式的混凝土空心砌块砌体结构试验结果[19]，如图4所示，同时参考相关文献研究成果，对剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体抗剪强度曲线的关键参数取值如下：
1）曲线峰值点坐标（b， ymax）的取值
如图5所示，对于坐标系统为x=σy/fm、y= fvm/fm的混凝土空心砌块砌体的剪压相关曲线而言，相关文献中横坐标b的取值各不相同：重庆建筑大学骆万康教授（1999年）对于普通粘土砖动力剪切试验回归曲线峰值点取为0502；湖南大学刘桂秋教授（2000年）对于砌体结构统一取为067[10]；而对于混凝土而言，其剪压相关曲线峰值坐标为060。综合以上取值，并考虑到动力试验的取值相对偏低，本文建议取为055。
如图4所示，文[19]的试验值与式（6）计算值比值的平均值为1.27，变异系数为0245，两者吻合较好，且式（6）的计算值偏于安全。
同时，与文[19]的公式相比，式（6）的改进在于：1）具有下降段，能全面的反映剪压复合作用下混凝土空心砌块砌体的剪摩、剪压及斜压3个破坏阶段；2）解决了文[19]的计算取值偏于保守的取值，即当σy，m/fv0， m>5，文[19]取值为水平直线。同时，当σy，m/fv0， m>13.1，文[19]的计算取值由于缺乏下降段而导致不安全，无法适用于高层配筋砌块砌体结构。
2 混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值公式2.1 γ的取值
与试验平均值公式取值不同，现行砌体规范中已明确给出了fv0和f的取值，根据砌体规范表322所列的混凝土砌块砌体类型，可计算出γ的范围在（0.015～0.050）之间，平均值为0.026，
2.2 抗震抗剪强度设计公式的确定
根据可靠度理论，砌体的强度设计设计值f与强度平均值fm的关系为：
（8）
如图5所示，本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计公式（8）与试验平均值公式（5）相比，不仅具有可靠度保障，而且具有与试验曲线及理论分析相同的特征。为方便工程应用，本文对表1中的各种混凝土砌块砌体组合按式（8）的计算结果与现行规范中所采取的公式计算结果进行了对比，部分结果如下图6所示。
图6的计算结果表明：1）本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度公式（8）普遍低于现行规范规定的混凝土砌块砌体静力抗剪强度计算值，不仅提高了其抗震可靠度，而且较好的统一、协调了烧结普通砖砌体和混凝土砌块砌体的抗震与静力抗剪强度设计值之间的变化关系。2）不同类型的混凝土砌块砌体按式（8）计算的抗震抗剪强度均在σy=f时趋于0，较好地实现了对砌体剪压相关曲线中3个破坏形态的模拟，避免了现行规范中抗剪强度单调递增的不合理和不安全。3 结论
1）在砌体剪压复合破坏区理论基础上，根据中国已有的58片灌芯砌块砌体墙片试验结果，推导出混凝土砌块砌体的剪压相关性试验值曲线公式（5）。与传统砌块砌体剪压相关曲线相比，该曲线不仅光滑连续，而且具有下降段。
2）通过对式（5）曲线顶点按f=0.42 fm进行折减以及起点、终点的相关处理后，本文推导出具有一定可靠度保证的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值公式（8）。如图5所示，经式（8）的计算得到的凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计值不仅低于现行抗震规定的抗震抗剪强度，而且也普遍低于现行规范砌体规定的静力抗剪强度，这表明式（8）不仅满足设计可靠度要求，而且较好的统一、协调了烧结普通砖砌体和混凝土砌块砌体的抗震与静力抗剪强度设计值之间的变化关系。
3）如图6所示，本文提出的混凝土空心砌块砌体抗震抗剪强度设计公式（8）不仅具有下降段，且对于不同类型的砌块砌体组合基本上均在主压应力σy=f时趋于0，较好地实现了对砌体剪压相关曲线中各种破坏形态的模拟，能直接运用于高层砌体结构设计，避免了现行规范中抗剪强度单调递增的不合理和不安全。
参考文献：
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篇4
【关键词】神经网络；可靠度计算；悬索桥
引言
悬索桥作为一种缆索承重的结构，20世纪后期，桥梁工程取得了很大的技术进步，人们也开展了许多基于确定性结构参数的静力问题的研究。然而，在实际中，结构参数中存在着大量不确定性，悬索桥结构的受力状态及可靠性会受这些参数的影响，这些问题的解决需要借助基于可靠度的分析方法。蒙特卡罗法能够应用于大型复杂结构系统，但是计算量非常大，消耗大量的有限元分析时间。
近年来，神经网络技术由于具有良好的学习能力和推理能力，适合处理对大量数据进行分析、建立复杂的非线性映射等问题，已逐渐运用于各领域。本文引用前人的研究成果，将BP神经网络技术运用到悬索桥结构可靠度分析中，作为结构可靠性分析的一种参考方法。
1 BP神经网络
单层BP神经网络如图 1所示，图中为输入信号，表征各个信息对神经元刺激的强弱，或称之为权值，为神经元的阈值，是神经元的输出信号，其表达式为：
（1）
式中，为激活函数，表示神经元的输入-输出关系。
常用的传递函数，有线性函数、对数S型函数、双曲正切S型函数。
线性函数的表达式为
（2）
对数S型函数的表达式为
（3）
双曲正切S型函数的表达式为
（4）
在一般情况下，在隐含层均采用S型传递函数，而输出层可采用线性传递函数或者S型传递函数。
根据多层神经网络映射存在定理，理论上证明一个任意的连续函数都能与一个3层神经网络建立映射关系。因此一般选3层网络。在确定网络结构参数后，使用一定数量的表示结构性能的基本变量如结构尺寸、材料性质、温度、力等作为输入变量，而将所关心的结构上的作用效应如应力、 变形等作为输出变量组成训练样本训练，确定神经元间的权值与阈值。由于样本矢量各基本变量的物理单位不同，数值差距甚远，因此，训练样本一般先进行归一化处理。在训练过程中，通过对网络权值和阈值进行调节，使网络的输出目标尽量的接近期望目标，准确地模拟结构的响应。
2 可靠度分析
基于BP神经网络的一次二阶矩法是以结构可靠度理论为基础，将均匀设计方法、结构有限元分析、人工神经网络以及一次二阶矩法等理论与方法有效地结合起来，解决求解功能函数为隐式、高次非线性的大跨度桥梁结构可靠度问题。具体的实施过程如下：
（1） 确定桥梁结构基本变量的个数，并统计其特征，选择适当的均匀设计表得出样本点；
（2） 建立有限元模型，计算归一化处理后样本点处的结构响应值，以此为目标矢量和样本点共同组成训练样本；
（3） 建立BP神经网络模型，确定所采用网络的结构形式，利用训练样本训练网络；
（4） 利用一次二阶矩方法完成桥梁结构的可靠度计算。
3 工程实例
珠江黄埔大桥南汊桥是位于广州市的东郊。主桥为290m+1108m+350m的单跨双索面钢箱梁地锚式悬索桥，采用预制平行钢丝索股，主梁为带风嘴的闭口钢箱梁，梁高3.5m，全宽41.69m。图1为该桥的总体布置图。
图1珠江黄埔大桥南汊悬索桥总体布置图
采用有限元分析软件MIDAS建立考虑几何非线性的有限元模型，在正常使用极限状态下，主梁在汽车荷载（不计冲击力）作用下的最大竖向挠度为 （为中跨跨径），建立极限状态方程：
（5）
式中：为基本变量，包括结构上各种作用、材料性能、几何参数等。
本文考虑的基本变量分别为主梁、吊索、主缆弹的性模量，截面面积，主梁截面惯性矩以及活荷载，其统计参数见表1。
表 1珠江黄埔大桥南汊桥结构随机输入变量的统计特征
随机变量
变量符合
分布类型
均值
方差
主梁弹性模量（Pa）
E1
正态
2.06E+11
2.06E+10
吊索弹性模量（Pa）
E2
正态
1.10E+11
1.10E+10
主缆弹性模量（Pa）
E3
正态
2.00E+11
2.00E+10
主梁截面面积（m^2）
A1
对数正态
1.54696
0.077348
吊索截面面积（m^2）
A2
对数正态
0.00596
0.000298
主缆截面面积（m^2）
A3
对数正态
0.39648
0.019824
主梁截面惯性矩（m^4）
I
对数正态
3.21482
0.160741
活荷载（N/m）
F
正态
39060
5077.8
选取8-8-1的BP神经网络结构，隐含层传递函数采用对数S型函数，输出层传递函数采用线性函数，选着适当的均匀设计产生的100个设计样本，建立起输入与输出的关系（即极限状态函数）。
为了验证神经网络拟合的准确性，按各参数的随机特征，随机产生30个检验样本点，利用有限元分析可以得到检验样本的真实极限状态函数值，并将检验样本点代入神经网络计算，可以比较其值，测试拟合的准确性，如图2所示。
然后利用一次二阶矩方法，计算得到的结构可靠指标为4.9731，通过有限元-BP神经网络-遗传算法计算得到的可靠指标5.021，结果比较接近，说明此方法可以提供作为参考。
图2检验样本下拟合函数计算值与真实功能函数值的比较
结 论：
大型复杂结构的功能函数一般不能显式明确表达，此时采用神经网络技术是进行可靠度分析比较方便的选择。本程序可以直接将可靠度分析与有限元分析结合起来，文中的工程实例分析验证了神经网络技术在可靠度分析中的有效性，能为工程应用提供依据。
参考文献：
[1]张明. 结构可靠度分析：方法与程序[ M].北京： 科学出版社， 2009.
篇5
关键词:可靠度分析；不确定性；随机有限元；桥梁地震易损性
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
中图分类号： U448.14文献标识码：A 文章编号：
1 引言
近年来，随着经济的快速发展，我国桥梁建设事业迅猛发展。虽然桥梁数目众多，但公路桥梁的总体技术并不乐观[1]。早期的桥梁存在结构体系上的弱点，改革开放以后修建的桥梁，则在安全性和耐久性方面存在隐患。近年来又由于经济的快速发展，交通流量出现了持续迅速的增长，超载致使桥梁损坏和疲劳破损现象频出。历年交通部的桥梁调查结果也显示，我国桥梁有相当一部分处于“带病”工作甚至在“危险”状态。因此，为确保这些耗资巨大并与国计民生密切相关的大桥安全耐久的使用，就必须对这些大桥进行系统的桥梁评估。
在对桥梁进行评估时，传统的方法常常基于外观调查或者基于专家经验，在评估时，一般请有经验的工程师对既有桥梁状况进行评价，继而给出相关意见[2]。由于在桥梁评估中，影响评估的因素众多且关系复杂，因此评估与人的工程经验有着密切的联系，这也使得评估中包含了许多不定因素。结构可靠性理论[2]采用失效概率或可靠指标β来衡量其结构的安全水平。由于以概率统计为基础，该理论可以处理荷载和抗力的不定性，并可以处理这些不确定性对桥梁结构可靠度的影响。因此，它可为桥梁评估提供一个合理的理论框架。
2 可靠度分析
目前国内外可靠度研究[3]可分为两个方面：从荷载的角度可分为静力可靠度和动力可靠度，从时变特性可分为时变可靠度和时不变可靠度。在进行桥梁结构的设计时，一般要保证一定的桥梁使用年限，在此期间桥梁不发生倒塌或者发生不可修复的破坏。以下的两种方法常用来保证桥梁结构的安全：a）规范中在结构抗力与荷载上分别使用分项系数来保证结构安全，b）使用结构的可靠度方法分析在结构设计和评估中所涉及到的随机性对结构的影响。如今可靠度的思想越来越多的应用在设计中，很多国外的规范比如Eurocode8、AASHTO，也已经规定了在设计与评估中使用可靠度分析的相应条款。在既有桥梁而言，随着桥梁服役年限的增加，桥梁结构中的缺陷逐渐扩展，设计时预留的安全边际会因桥梁构件的恶化而减少[4]。介于桥梁中结构的缺陷、服役环境、荷载工况等都具有较强的随机性，采用确定性的分析理论和方法并不全面，因此，引入可靠度理论进行分析更为合理。
在进行结构可靠度分析的时候，第一个重点就是如何设定最低的安全等级，使桥梁的功能与维修的费用之间达到一个平衡。由于既有桥梁在经过一段时间的使用后和原设计的时候有很大的差距，一些人为因素或者随机的自然灾害可能会导致桥梁结构的失效。在实际中，造成桥梁结构破坏的因素是复杂的，在这里大致可分为三类[5]：a）在设计时由于安全系数过低，导致安全边际并不能完全覆盖荷载和结构抗力的随机性，从而导致失效。b）可能出现的自然灾害和过载荷载使结构失效。c）结构在设计和施工过程中可能出现的易损部位使结构存在潜在的危险。
桥梁结构体系中存在很多的不确定性因素[5]，其中包括材料性能参数、结构几何参数和结构所承受的荷载，如车辆荷载、风荷载或地震波等。这些不确定性均影响桥梁的性能与服役年限。而结构的不确定性的认识需要大量的试验和研究资料，一些这方面的工作[6] [7]已经很好的完成，为结构可靠度方法的使用和应用打下了良好的基础。由于结构失效的模式可分为单个构件的破坏和整个结构系统破坏两类。因此，对桥梁的可靠度分析有两个水平，构件水平上的分析和结构体系水平上的分析。在结构体系水平的分析中，根据结构体系的破坏模式[2]，将结构分为串联结构体系、并联结构体系和混联体系，其中混联体系是指由串联体系和并联体系共同构成的结构体系。因此，对于一个具体的结构都有转化为串联体系或并联体系来分析。串联模型一般要分析桥梁的多个失效模式，其中任意一个失效即判定结构失效，而并联模式则用单一构件的失效路径来判定结构的失效。
另外，大部分可靠度分析都可以简化为与时间无关，而当结构的功能函数并非平稳随机过程[4]时，相应的问题即应该用时变可靠度分析。时变可靠度分析常用在荷载随着时间改变或者结构抗力随着时间持续恶化，比如结构在腐蚀，疲劳等情况下。Kamenda[8]在1974年对钢筋混凝土结构提出了时变可靠度分析的概念与理论。Nowak[9]对桥梁结构使用时变可靠度理论，研究了结构抗力退化对桥梁结构的影响。Mori和Ellingwood[10]则将时变可靠度理论应用在混凝土结构的寿命预测与维修决策上。
在结构的可靠度分析中，一般按大类分为分项系数的方法和概率方法。由于分项系数的方法较为简单，分项系数的取值并不能很好的体现结构抗力和荷载的随机性，实际中应用较多的是第二种方法。
2.1分项系数的方法
这种方法[5]的一般形式如下：
（1）
是结构的抗力，是结构上i荷载的作用，是用来考虑结构几何参数和力学性能上的随机性的。是i荷载上的分项安全系数。（1）仅用在构件水平的评估上。对于整桥水平的分析，由于单一的构件的破坏也许并不能使整个桥梁破坏，因此必须要考虑到整个桥梁的延性，那么（1）式，将变为下式
（2）
（2）式中，用来考虑桥梁体系的延性。
2.2概率的方法
这种方法[4]的检验方程如下：
（3）
是计算出来的失效概率，是目标失效概率。通常，失效的概率也用其他的方法来表达，即可靠度指标。
（4）
是失效概率的标准正态分布的反函数。另外，可用下式表示。
（5）
是极限状态函数，用下式表示
（6）
是结构的抗力，是荷载的作用。两者皆是随机变量，可用分布函数或者概率密度函数来计算。在进行可靠度分析时，直接计算（5）式是有困难的，一般采用近似方法或者数值计算的方法。由于文章篇幅所限，这里仅介绍FORM/SORM方法，MC方法，随机有限元方法等。
2.2.1 FORM/SORM方法
FORM方法由Rackwits[11]、Hasofer和Lind[12]等人先后提出，由于该法被国际安全度联合委员会（JCSS）所推荐，所以也被称为JC法。
在FORM方法中，失效函数在验算点的线性展开[12]为
（7）
式中，是验算点的梯度向量，即
（8）
是正态分布向量，那么也就是高斯分布。在验算点，均值和方差可由下式计算
（9）
（10）
上式中，上标T表示转置，是正态随机变量的均值向量，是正态随机变量的协方差，并且是一个对角矩阵。随后，可由下式可靠度指标
（11）
并可由（4）式计算失效概率。
在FORM方法中，均值法是最常用的方法，在这种方法中，验算点取在均值处，比如。此外，验算点的取值也可由其他方法（文献）通过迭代方式获得。
由于在很多情况下，失效函数并不能完全的用线性函数来近似，那么这个时候FORM方法并不能很好的来计算失效概率，这个时候可以使用对于失效函数更好的近似的SORM方法[13]。相对于FORM方法，SORM方法更加耗时和复杂。在这种方法里，失效函数是用两个独立的随机变量来表示的，一个是线性函数，另外一个是二次的。Breitung[15]基于FORM方法推导出了SORM方法失效概率的近似计算式，
（12）
式中，下标A表示渐进的近似，n是表示空间U的维数，是失效面的曲率，是Hasofer和Lind的可靠度指标[12]。Rackwitz[13]给出了这种方法的优点与缺点，并给出了一个计算的更好的计算式。
2.2.2 MC方法
在实际应用中，计算（5）式的失效概率时，无法直接用理论解的方法来求得，因此可以用Monte-Carlo方法[16]，应用这种方法的一般程序是，首先结构的基本参数由基本变量（材料属性，几何参数等）的分布给出，随后通过随机抽样来得到一定数量的随机数，接着进行确定性分析（比如有限元分析）来计算出结构响应，并通过（6）式来判断结构是否破坏，并计算出相应的失效概率。比如，共抽样次，结构失效次，那么，
（13）
从上式可以看出，越大，越收敛于。Hines和Montgomery[17]根据大数定律，给出了的方差估计，并因此而给出抽样次数的估计，
（14）
从上式可以看出，当很小时，抽样次数很大，极大地影响了计算效率，特别是在分析过程中包含着较多单元计算的有限元分析，这也是MC方法最大的缺点。基于MC这种缺点，另外的一些方法被开发出来来解决大样本的问题，拉丁超立方法, 直接抽样方法和重要抽样方法[18]等。也有一些方法[19]将马尔可夫过程与MC方法结合来提高计算效率。
2.2.3 随机有限元SFEM
现今有限元法已成为广泛应用于结构体系力学性能的分析，由于传统的确定性有限元计算方法无法考虑结构与荷载的随机性，随机有限元法,也称概率有限元法因此产生。它是随机分析理论与有限元方法相结合的产物，是在传统的有限元方法的基础上发展起来的随机的数值分析方法。 1972年， Shinozuka[20]等首先将 Monte-Carlo 法引入结构的随机有限元法分析。这是最初的随机有限元方法，也称统计有限元方法。这种方法并不是真正意义上的随机有限元法。
随机有限元法一般可分为统计逼近和非统计逼近两种类型。前者运用概率和统计理论对样本进行分析，如MC方法。后者则通过分析找出结构体系的随机信号的输入与输出之间的关系，得到输出信号的各阶随机统计量的数字特征，如各阶原点矩或中心矩等。通过对随机变量的进行不同形式的展开来近似逼近功能函数，从而形成了不同的随机有限元方法。最初出现的是一次二阶矩方法，这种方法将功能函数用Taylor级数展开，在分析过程中，只考虑基本变量的平均值和标准差，一般也称这种为 Taylor 展开随机有限元（TSFEM）。1987年，Yamazaki 和 Shinozuka[21]创造性地将Neumann级数展开式引入随机有限元分析。由于Neumann级数展开方法中，随机刚度矩阵是正定的且随机扰动量很小，从而保证了解的正则性和收敛性,得到了具有较好计算精度和效率的Neumann随机有限元方法（NSFEM）。另外，应用比较广泛的还有响应面方法，这种方法用于处理实际工程中功能函数的高度非线性或只能给出隐式的功能函数等情况。响应面方法用多项式序列来逼近功能函数，从而获得理想的可靠度解，具体的理论方法参看Bucher和Bourgund[22]。由于在随机有限元方法中，随机场的离散形式决定着整个方法的优劣，因此近年来，研究的重点集中在随机场的离散方法上，比如随机场的中心离散、随机场的局部平均和随机场的正交离散等。然而有关随机有限元方法的数学理论研究和非线性随机问题的研究工作还有待进一步深入。
2.2.4 其他方法
尽管上述方法已经涵盖了可靠度分析中的多数常用的方法,近年来也有一些新的方法出现。在这些方法中，并没有改变基本的原理。对于响应面方法，Schueremans和Van Gemert[23]用空间自协方差最佳插值法来替代回归分析来逼近功能函数，粟洪[23]利用人工神经网络分析预应力混凝土桥梁的可靠度。张建仁[25]将遗传算法与人工神经网络结合来分析斜拉桥的可靠度。
3桥梁地震易损性分析
历次大地震的震害和教训说明，桥梁是公路交通系统中最易受到地震损伤的部位，且桥梁的损伤会造成更为严重的后果。因此，有必要评估桥梁系统的地震风险[26]。且桥梁地震风险评估是可靠度分析中的重要一环。
桥梁工程地震易损性分析概括来讲，即为桥梁结构达到某一极限状态或性能水平的超越概率。通常，地震易损性分析可以用损伤概率矩阵和易损性曲线来表示，它把地震动输入强度IM与结构的损伤指标DI有机地联系在一起。
地震易损性曲线分析方法[27]的基本步骤为：首先通过建立桥梁结构有限元模型，进行结构能力分析，得到桥梁结构的能力C，再以不同的地震动强度作为输入，对桥梁结构进行动力或拟动力分析，得到桥梁结构的需求D。桥梁结构的地震易损性或损伤概率就是，其概率密度函数可用下式：
（15）
式中，是需求D的分别函数，是能力C的概率密度函数。
为了更精确地得到（15）式的解，一般需要考虑三个方面的问题：a）地震动输入强度IM的概率分布函数。b）桥梁结构的能力C的概率分布函数。c）地震动输入强度IM与结构的需求之间的关系。前两个因素，近年来有了一定的发展[28]。而相对第三个因素，根据不同的结构分析方法，可归纳起来为以下几种方法：反应谱分析法，非线性静力分析法，非线性时程分析法等[29]。反应谱分析法最简单，也最省时。非线性静力分析方法也称为能力谱分析方法，相对于非线性时程分析方法而言，能力谱分析方法既节省时间，又能比较准确地反应结构能力和需求。非线性时程分析方法被认为是对结构进行非线性分析最可信的方法。为了比较精确地反映出结构的地震易损性，目前发展起来的IDA分析方法即是非线性时程分析方法的延伸，它从点到线，甚至到面，比较全面的反映了桥梁结构在不同地震输入强度的结构损伤超越概率。许多研究者，如Cornell et al.[30]，都采用了这种结构响应的分析方法。
另外，一些相关实例也进一步发展了和完善了桥梁结构的地震风险评估方法。Khan, R.A.[31]把斜拉桥简化为二维模型，运用频域的方法对桥梁进行动力分析，采用损伤矩阵的方法对桥梁进行了地震风险评估。Mander et al.[32]采用IDA的分析方法首先对桥梁结构的地震易损性进行分析，找到对于不同PGA情况下，桥梁不同程度损伤的损伤概率，再从相应桥址所在区域和场地条件找到地震发生的概率，从来确定桥梁结构的地震风险大小，并比较了日本、美国以及新西兰等国由于规范的不同对桥梁地震风险评估的影响。Miyamoto[33]应用马尔可夫过程对基于概率计算的桥梁结构在地震作用过程中的结构性能作出了定量的分析与评价，并给出了一个桥梁结构的地震风险评估系统。
4结论
由于桥梁结构在服役期间要承受不同的随机荷载，加之结构本身存在的不确定因素，使得桥梁结构必须进行可靠度分析。对于简单的结构，FORM/SORM方法能够很好满足工程需要，而对于复杂的结构，则需要引入响应面方法和MC方法。在地震易损性分析中，常用的方法[27]是应用人工神经网络和MC方法结合来得到地震易损性曲线。
桥梁结构可靠度可分为构件可靠度和桥梁体系可靠度。Tantawi et al.[34]证明，对于公路桥梁，构件水平的可靠度对整个桥梁体系可靠度有很好的近似，构件之间的联系对整体的可靠度影响并不大。在这种思想的指导下，分析公路桥梁可靠度时，先分析桥梁模型的关键力学部件，并对其进行可靠度分析，不失为一种简单有效的方法。
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篇6
关键词：重力式支挡结构；评估体系；影响因素；评估技术；既有线路 文献标识码：A
中图分类号：U213 文章编号：1009-2374（2016）13-0047-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.022
1 概述
重力式支挡结构被广泛应用于铁路及公路支挡结构设计中。既有铁路运营过程中，在线路提速或轴重加大后，作用在路基面上的动应力将大幅增加。既有线路经过一定运营期后，重力式支挡结构工作环境也随之发生变化。既有重力式支挡结构如何保证运营的安全，是工程技术人员最为关心的问题。目前，我国在重力式支挡结构安全评估方面的研究较少，特别需要加强此领域的研究工作。重力式支挡结构安全评估是在一定的评估体系下，对其安全影响因素进行全面分析，确定评估单元，再应用各种安全评估方法对其安全状况进行评判，并据此提出维护和加强的措施。
2 重力式支挡结构安全评估体系
2.1 重力式支挡结构安全评估体系的目标
建立重力式支挡结构安全评估体系是重力式支挡结构安全评估时的理论依据。其目标是对铁路、公路等交通工程系统安全性、可靠性、可用性、可维护性的各种指标进行评估，以达到最低事故率、最少损失、最少维护率及最优投资效益。
2.2 重力式支挡结构安全评估体系的构成
重力式支挡结构安全评估体系主要由安全预评估、设计审核安全评估、施工安全评估、验收安全评估、安全现状定期安全评估（直至超出正常使用年限）五项内容构成。安全预评估主要在系统可行性研究时进行，可指导后续系统设计及施工。设计审核安全评估及施工安全评估是结构是否能够达到正常使用年限的关键。在设计时应综合考虑设计的经济性及合理性，在施工时应严格要求施工质量及施工安全。验收安全评估是通过试运行阶段分析结构使用时潜在的风险，并确定其危险程度及可能出现的后果，提出预防措施。安全现状定期安全评估，即采用各种安全评估技术相结合，综合评估重力式支挡结构的安全状况，是其生命周期内所有评估工作的重点。
2.3 重力式支挡结构安全评估单元
根据分析重力式支挡结构安全影响因素及其破坏时可能出现的症状，可从如下四方面着手确定其评估单元：（1）从受力角度，包括动应力的变化对稳定性的影响、不同计算方法对稳定性的影响、不同荷载方式对稳定性的影响；（2）从变形角度，包括墙身是否有裂缝、墙后土体是否开裂、墙后土体是否有不均匀下沉；（3）从墙型结构及材料角度，包括材料是否风化，砂浆、混凝土是否老化，墙型尺寸是否满足设计要求；（4）从水文地质角度，包括泄水孔是否堵塞、墙体地基是否发生变化。
2.4 重力式支挡结构安全评估步骤
重力式支挡结构进行安全评估时，可遵循如下七个步骤：准备工作、安全影响因素分析、确定评估单元、安全评估实施、安全对策制定、评估结论及建议、编写安全评估报告。
3 重力式支挡结构的安全影响因素
在设计计算过程中，特别是土压力的计算理论、计算参数的取值、材料、施工、动应力、地震力等方面，对重力式支挡结构安全性均有较大影响。同时既有支挡结构的安全性还受其工作环境变化的影响，如水文及工程地质条件的变化等，在进行安全评估时要进行全面
分析。
3.1 不同土压力计算理论的影响
目前设计中大多采用库伦公式计算土压力，有时也采用弹性理论。库伦理论及弹性理论的计算假设条件不同，计算所得墙后土压力大小、分布规律及作用点位置均有较大差别。由库伦理论计算所得的墙后土压力分布形式为一折线，而由弹性理论计算所得的墙后土压力分布形式为一凸曲线，中上部偏大，底部偏小。在评估时应对由于不同的计算方法对计算结果的影响进行分析。
3.2 提速或轴重增加引起动应力增大的影响
传统普通铁路路基设计均采用换算土柱法，将静荷载和动荷载一并简化为静荷载。但随着既有线提速或轴重增加后，列车动荷载作用明显加强，导致基床范围内重力式支挡结构土压力与传统库仑理论计算所得结果相比有明显差异，特别是当支挡结构较矮（2～4m）时。因此需要对由于动应力发生变化对支挡结构稳定性的影响进行评估。
3.3 使用环境变化的影响
重力式支挡结构经历一定的运营期后，排水设施失效或者排水不利时，可能引起土体重度明显增加，黏聚力c、内摩擦角φ、墙背摩擦角δ均不同程度减小。雨水的入渗还可能发生基底软化现象，导致基底承载能力急剧下降。在经历一定时间的运营期后，墙体材料耐久性也会发生明显变化，特别是墙背。这些因素对重力式支挡结构的安全影响至关重要，需特别加以重视。
3.4 不同墙型的影响
重力式支挡结构传统使用墙型一般为墙胸墙背坡度相同。但现在使用较多的改进后墙型是将上墙背坡度放陡，增设倾斜基底。使用传统墙型的重力式支挡结构随着既有线提速，可能造成路基受力不均。不同墙型的计算截面面积也有所不同。同时，改进后的墙型由于增设倾斜基底，故抗滑能力有较大提高。但是采用增强措施的墙型虽然安全系数得以提高，其安全可靠度不一定相应提高。
4 重力式支挡结构安全评估方法
重力式支挡结构安全评估方法有很多种，包括非确定性分析方法、定性分析方法、定量分析方法、模型试验分析方法、现场检测分析方法。各种分析方法特点及使用范围不尽相同。
4.1 非确定性分析方法
4.1.1 可靠度分析方法。可靠度分析方法通过考虑重力式支挡结构设计中随机变量（重度γ、综合内摩擦角φ0、墙背摩擦角δ、基底承载力σ）的变异性，计算结构功能函数的不同功能函数值，进而确定结构的失效概率及可靠指标，给出相应安全评估结论。
根据最终R值的大小，参考相应的换算标准，即可得出重力式支挡结构的安全评估等级。
4.1.3 专家评估方法。专家评估方法采用匿名函询的方式，通过一系列简明的调查征询表邀请专家对待评估结构进行打分，并通过有控制的反馈，取得尽可能一致的意见，对结构现状做出相应评估，对未来做出相应的预测。
4.2 定性分析方法
工程类比方法是定性分析技术的典型应用。尽量找一与待评估的重力式支挡结构使用环境类似，并已安全使用超过其使用年限的同类型重力式支挡结构。再分析两者可能的破坏机制的相似性及差异性，并结合两者的安全等级，综合确定其安全状态。
4.3 定量分析方法
定量分析方法主要包括极限平衡法及有限元法。广泛应用于岩土工程界的GEO-SLOPE（边坡稳定分析软件）便是基于极限平衡原理，将重力式支挡结构及后方岩（土）体均视为刚体，不考虑本身的应力应变关系，将结构后方潜在滑动面内的岩（土）体划分为多个小块体，通过各块体的平衡条件建立整个体系的平衡方程，导出重力式支挡结构的安全系数。
有限元法先将重力式支挡结构用有限个容易分析的单元代替，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调来综合求解其位移、应力、应变、内力等，综合分析其所处安全状态。有限元法可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题，常用的计算分析软件有ANSYS、FLAC、ABAQUS、SAP等。
4.4 模型试验方法
由于重力式支挡结构尺寸较大，故实尺模型试验既耗时又不经济，一般对其进行离心模型试验。把按1/n比例缩放后的模型放在以ng离心加速度运转的离心机中进行试验，模拟现场实际受力，通过测试其应力及变形破坏情况，对其做出安全评估结论。
4.5 现场试验方法
现场试验方法主要包括裂缝观测、排水设施检查、荷载试验、位移时间曲线监测、地基土软化情况检测等，其中现场裂缝观测、排水设施检查比较直观，容易实现，且效果比较精准。在雨季时对重力式支挡结构做位移时间监测试验，可以有效减少突然破坏情况的
发生。
5 可靠度分析方法在重力式支挡结构安全评估中的应用
利用可靠度分析方法，结合蒙特卡洛原理对某单线Ⅰ级铁路既有重力式支挡结构进行安全评估。
5.1 计算条件
以单线Ⅰ级次重型铁路为例。支挡结构型式取重力式路肩墙，墙胸墙背均取1∶0.25的仰斜。列车荷载分布宽度：l0=3.5m；换算土柱高度：h0=3.2m。换算土柱距路基边缘距离：k0=1.95m。填土按砂性土考虑，取内摩擦角φ=35°，基底摩擦系数f=0.3；土体重度γ=19kN/m3；土与墙背的摩擦角δ=φ/2，即17.5°；基底容许承载力取σ=300kPa。
5.2 可靠指标计算结果分析
由重力式支挡结构可靠度指标计算结果（表1）分析可得：
第一，在该计算条件下，该结构抗滑可靠指标在2.26～2.86之间变化，其相应失效概率为9.1‰～2.5‰。该结构抗倾覆可靠指标在2.85～3.29之间变化，其相应失效概率为2.5‰～2.0‰。各项指标均符合相关要求，故可将该结构安全状况评估为良好。
第二，在传统的安全系数法计算过程中，尽管重力式支挡结构的墙高在4～10m之间变化时，其抗滑稳定系数均在1.30～1.35之间变化，其抗倾覆稳定系数均在1.66～1.80之间变化。但其抗滑动和抗倾覆可靠指标均随着墙高的增加而变大，其基底承载力可靠指标则随着墙高的增加而减小。
第三，通过引进可靠度原理对重力式支挡结构进行设计及安全评估，相比传统的安全系数法，能更直观并准确地反映结构的安全储备情况。
6 结语
本文初步建立了重力式支挡结构安全评估的体系，对影响重力式支挡结构安全的主要影响因素进行了详细分析，研究探讨了多种重力式支挡结构安全评估方法。重点介绍了由多安全影响因素控制的可靠度分析方法及模糊综合评估方法在重力式支挡结构安全评估中的应用，其避免了由单个控制因素而得结论的片面性及误
差性。
参考文献
[1] 李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：
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[2] 韩自立，张千里.既有线提速路基动应力分析[J].中
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[3] 光.高速铁路系统生命周期内安全评估体系的研
究[J].铁道学报，2007，（4）.
[4] 罗一农，刘会娟，苏谦.动应力对支挡结构安全性影
响的分析[A].铁路客运专线建设技术交流会论文集
[C].2005.
[5] 郝瀛.铁道工程[M].北京：中国铁道出版社，2005.
[6] 李昌铸.特尔斐专家评估法在公路桥梁评价中的应用
[J].公路学报，1992，（2）.
篇7
关键词：建筑；结构鉴定；特点
长期以来，已有建筑物的可靠性鉴定，一直是依赖有经验的技术人员，进行现场目测检查和必要的核算，然后凭其个人所拥有的知识和经验，作出评价和处理，这也就是最初的“传统经验法”。由于这种方法所采用的调查手段及其判断准则，主要由鉴定者自己确定，故在较复杂问题的鉴定中，其结果因人而异。为了在结构可靠性鉴定中引入现论的概念和实用科学方法，有不少学者早在年代中期就开始了探索，但在结构设计的可靠性研究未取得突破之前，这些努力还仅停留在分散的论文的水平上。如众所周知，结构鉴定与结构设计有着密切的内在联系。结构设计是在设计阶段进行结构的可靠性分析，在结构可靠性和经济性之间选择一种合理的平衡，使所建造的结构能满足各种预定功能的要求结构鉴定是在建筑物建成投入使用后，对结构上的作用、结构抗力及其相互关系作出检查、鉴定和综合分析，评估其实际的结构可靠性，在此基础上进一步在结构的可靠性和经济性之间选择一种合理的平衡，使结构持续正常地满足各种预定功能的要求。由上可见，二者在理论上具有共同立足点。在我国，随着采用以概率理论为基础的极限状态设计方法为核心制定的《建筑结构设计统一标准》，于年实施以来，已有建筑物的可靠性鉴定方法，在理论研究和应用上，也取得了明显的进展。其中较为突出的表现在以下两方面：
一是编制了《工业建筑可靠性鉴定标准》，该标准以可靠指标刀作为结构构件承载能力鉴定评级的分级标志，起到与统一标准相接轨的作用。这对已有建筑物可靠性鉴定的发展来说，显然是个良好的开端。
二是将专家知识与计算机现代技术相结合，发展了几种已有建筑物可靠性鉴定的专家系统。这些系统，有的引用国外现成框架，有的自行研究推理方法，但都自成体系，且各有独到之处，只是在专家个人真知灼见知识的采集与利用问题上，还存在着难以克服的障碍，因此，不论哪种系统均难以在短时间内进入实用阶段。
此外，我国有些单位还在模糊综合评定法等方面做了一些有意义的探讨工作，弄清了今后发展方向。
但总的来说，这些进展都还局限于结构构件层次上，若就结构体系而言，还有很漫长的一段路要走因为现行设计规范所规定的目标可靠指标仅适用于构件某一验算点处发生失效的可靠度计算，也就是仅用一个极限状态方程描述的可靠性问题对于由诸元件组成的结构体系，不仅其失效与元件内在联系的方式如串联、并联或串一并联系有关，而且其可靠度要由诸元件以及体系的各种失效模式所确定的极限状态方程才能求得。但这是一个十分复杂的问题，现在还没有一本结构设计规范在这方面作出规定。
为了弥补这一空缺，《工业建筑可靠性鉴定标准》在承重结构系统的可靠性评定中，引用了故障树的逻辑原理，将承重结构系统视为一株完全串联的“传力树”，以考虑结构构件之间、构件与体系之间的逻辑关系和结构整体失效的模式。它具有简单、明确的优点，在单层房屋的评定上已基本达到实用的水平，但在下列两个问题上，还需进一步研究。
一是对多层和高层房屋的传力树划分，还有很多问题没有解决；
二是不同的人所划分的传力树不完全相同如不事先另加约定，事后易引起争执。
在这种情况下，有些学者进一步建议，利用现有的结构体系可靠度研究成果，直接估算其可靠度。但这在当前也不现实，因为在这些方法进入实用阶段前，需解决有关破坏准则的制定，寻找主要失效模式方法的统一以及各种相关性影响的如何考虑等问题，并做好推广应用的配合工作，例如开发一系列计算机程序等，所有这些都不是短期内所能实现的。
在《民用建筑可靠性鉴定标准》编制过程中，编制组提出以概率理论为基础的极限状态鉴定法。
其要点是：
（1）将结构可靠性鉴定划分为安全鉴定与正常使用性鉴定两部分，分别从承载能力极限状态与正常使用极限状态的定义出发，并根据各种结构的特点和使用要求给出具体的标志及限值，以作为结构可靠性鉴定的依据。
（2）以结构可靠性概念和给定的可靠指标为依据，采用言词与数值界限相结合的分级标准，并按实用模式的程序进行每一层次的评级、鉴定。
（3）以目标可靠指标和《统一标准》规定的两种质量界限，作为划分构件等级的依据，并以失效概率运算值下降一个数量级作为确定危险构件的界限。
（4）以结构体系中最可能失效的一种主要构件的总体安全水平，作为评定结构体系安全性等级的基础，而以可靠性理论分析与专家判断相一致的若干重要概念，作为制定评级调整原则的依据。
（5）以每一检查项目评定结果作为技术处理的依据而以体系的评定结果作为管理的依据，例如申报危房、安排维修计划、分配经费排队、制定旧城改造规划等等。
这种方法具有下列科学而实用的优点：
（1）由于对两类分属不同极限状态的问题，采取了分别处理的鉴定方法，因此有助于理顺很多关系，并且使很多问题变得简单而容易处理。
（2）由于采用了按《统一标准》规定的目标可靠指标和两种质量界限，划分结构构件的安全性等级，因而不仅达到了可靠性鉴定标准应与《统一标准》接轨和协调的要求，而且避免了完全采用专家拍板、投票表决等方式分级所带来的概念模糊和可靠度尺度不一致的缺陷。
（3）由于在结构体系的安全性评定中，采用了以调整方式考虑目前尚不完整的可靠性理论分析的成果，而不局限于哪一种理论，因此，为今后的进一步发展和完善留下了很大的余地，特别是只吸收经过专家验证的若干正确概念，从而也保证了鉴定结果的可靠性。
这里需要指出的是，以上所述的可靠性鉴定，其内容不包括抗震鉴定要求。尽管在学科上说，它同样属于结构可靠性研究的范畴。之所以作这样截然分开的安排，不仅由于它所处理的是结构动力可靠度问题，从计算到构造有着一套完整的规定，而且还由于我国是一个多地震的国家为了确保建筑结构的抗展问题得到高度的重视和充分的考虑，值得强调的是，对已有建筑物规定的抗震鉴定目标，比抗震设计规范对新建工程规定的设防标准低，因此，不能将已有建筑物抗震鉴定的设防标准，作为新建工程杭震设计的依据，或作为新建工程未执行抗震设计规范的借口。
对工业构筑物抗震鉴定的总要求，是在地震作用下，其安全程度应略高于一般房屋建筑。这是考虑到国家经济力量及海城、唐山地震的震害经验和当前地震工程的技术水平，着眼于提高厂矿的综合抗震能力，以保障构筑物在地震下的安全，减少财产损失，并尽可能保持生产能力。但应指出的是，这个设防要求，仍低于新建筑物“大震不倒”的水准。
此外，受火灾损坏的建筑物，其安全程度如何评价，能否继续使用等问题，也是已有建筑物可靠性鉴定的一个重要方面。长期以来多凭经验作出判断，故存在多种弊端因此，如何科学地鉴定火灾后结构的受损程度，确定其残余承载力和合理地加以修复加固，已成为不少科技工作者共同关心的课题。
参考文献：
[1]蘧芳.浅谈各种建筑结构的加固技术[J].黑龙江科技信息.2007（15）
篇8
【关键词】 共享数据时代； 数据挖掘； 应用统计
【中图分类号】 C81 【文献标识码】 A 【文章编号】 1004-5937（2016）22-0024-02
第八届国际数据挖掘与应用统计研究会年会于2016年7月23―26日在油城大庆隆重召开。本届会议由国际数据挖掘与应用统计研究会主办，东北石油大学、厦门大学数据挖掘研究中心、台北医学大学大数据研究中心、重庆允升科技大数据研究中心和重庆誉锋宸数据信息技术有限公司联合承办。会议主题为“卓越数据共享统计的理论及应用研究”。来自国内外近百所高校、政府和企事业单位的200多位专家学者参会。
会议开幕式由东北石油大学数学与统计学院院长王玉学教授主持。东北石油大学副校长吕延防教授介绍了大庆市貌、学校环境和铁人精神等，对本次会议的作用和意义进行了高度评价。教育部统计学类专业教学指导委员会主任、厦门大学曾五一教授从统计学科如何适应大数据时代的发展角度，对会议的召开提出了进一步的期望。台北医学大学谢邦昌教授结合大庆石油，畅谈了大数据的应用前景。厦门大学朱建平教授从学会的起源到现状，对学会未来的发展前景作了展望。
本届大会除特邀报告外，入选论文52篇。按照论文所涉及的理论领域和方法应用，将入选论文分为数据挖掘与大数据应用、统计理论、统计方法应用及实证分析等专题进行了分组交流讨论。主要学术观点综述如下：
一、数据挖掘与大数据研究现状及未来趋势研究
谢邦昌教授在《大数据发展现况与未来发展趋势》中首先阐述了何谓BIG DATA。当你连上脸书按赞打卡、上传照片到网络相簿与朋友分享、上班收发e-mail、用悠游卡买杯咖啡、通过ATM领钱、走进大卖场刷卡购物甚至是进家门开灯，都正在源源不断地创造“海量数据”。这正是云端时代的新金脉。其次是BIG DATA的理论及其应用。最重要的是如何对大数据进行分析，其基本方面如下：（1）数据可视化分析。决策者需要的不是数据本身及分析后的数值，而是庞大数据经分析之后的结果、趋势或现象，利用可视化效果易于被接受。（2）Data Mining算法。这是大数据分析的理论核心，而深入挖掘和快速处理是两大重要课题。（3）预测性分析。如何找出特性、科学建模、预测未来。（4）语义引擎。非结构化数据的多元化给数据分析带来新的挑战，要提高语义引擎设计的智能化水平。（5）数据质量和数据管理。高质量的数据和有效的数据管理可保证分析结果的真实和有价值。最后，真正制约或者成为大数据发展和应用的三个瓶颈：数据收集的合法性、产业链各个环节企业的均衡、大数据有效解读。
国家统计局潘[博士在《我看当前对大数据的一些非议――兼议大数据应用面临的问题》中指出近几年中国的大数据应用取得了一定的进展，但面临的诸多障碍依然存在，且不断出现一些对大数据的非议之声。这些非议有的有一定道理，有的则失之偏颇。潘[博士针对这些非议指出大数据是科学技术及社会生产力发展到特定阶段的必然。尽管其发展进程中确实出现了失密、造假等严重问题，但这正说明必须正视大数据的扑面而来，并尽快制定各种应对措施，抓住机遇，保存价值，着力解决出现的各种问题。最后，提出完善法律法规、明确牵头单位、统筹各部门和规范标准等措施。
重庆工商大学李勇在《网络舆情数据挖掘方法及其在意识形态传播新特点中的应用研究》中系统研究了当前网络舆情数据挖掘的主要方法，并将这些方法应用于网上意识形态传播新特点的研究中。对互联网出现前后意识形态传播呈现的不同特点进行了对比分析，提炼出意识形态传播在当前DT时代的本质特征，结合主流意识形态提出相应的有效传播方式和防范措施。
东北石油大学辛华博士在《基于密度分布的聚类算法研究》中通过密度聚类方法DBSCAN二次聚类提高了聚类精度。湖北经济学院陈战波、陶前功、黄小舟和王磊的《基于阿里云音乐平台大数据的歌手流行趋势预测及推荐研究》，山西财经大学舒居安、赵丽琴、刘逸萌的《基于网络舆情的居民购买力倾向指数构造研究》和重庆工商大学李禹锋的《基于网络团购的重庆火锅消费行为分析》等进行了大数据的应用研究。光环国际杨恩博的《大数据人才发展与培养》、广州泰迪智能科技赵云龙的《大数据形势下数据科学人才培养初探》和刘彬的《大数据双创实践探索与服务体系》，从业界不同角度探索了大数据人才培养。
二、统计基本理论及应用研究
台湾淡江大学蔡宗儒教授在《Accelerated Degradation Tests》中，回顾了可靠度分析近期的发展，指出随着制造技术的进步，产品可靠度大幅提升，进而提升了对产品可靠度分析的难度。而传统设限方法和近代加速寿命测试法具有一定局限性，通过研究加速退化测试方法，指出如何针对加速退化数据进行统计推断、评价其可靠度，如何在成本的考察下对加速退化测试实验进行设计，以利后续的测试实验参考。
北京大学房祥忠教授在《EM算法及其在置信推断中的作用》中指出医学或产品试验费用昂贵等小样本情况，其精确置信推断尤为重要；Buehler置信限在多维参数或删失数据时，难以计算，并将EM算法用于求精确置信限，给出了可靠性领域中的实证。
重庆工商大学李勇在《灰色统计基本理论及其应用》中系统研究了灰数的统计学基本理论和方法。他从随机样本产生灰色估计量和直接从灰色数据开始，构建了一套从数理统计逐步过渡到主要以灰色系统为研究对象的灰色统计方法，如灰数的区间估计、灰数的假设检验、灰数的相关分析和回归分析等，并进行了实例分析。
哈尔滨工业大学张孟琦、田波平在《空间模型参数拟极大似然估计量的渐近性和实证》中提出了双权重矩阵空间回归模型参数的极大似然估计量，包括对数似然函数、集中似然函数和参数估计；证明了相合性和渐进分布性质，并实例进行了空间自相关检验和空间计量模型分析。
天津财经大学杨贵军、于洋、孟杰的《基于AIC的粗糙集择优方法》和杨贵军、孙玲莉、董世杰的《三种线性回归多重插补法的模拟研究对比分析》分别从粗糙集择优和回归插补进行了研究。云南财经大学张敏博士在《基于高层次结构的多水平发展模型的统计建模及应用》中研究了拟合高层次嵌套数据的多水平发展建模问题。集美大学纪的《模糊数据Jonckheere-Terpstra检验法及应用》探讨了模糊数据检验。广东财经大学的刘照德、林海明在《因子分析五个争议的解答》中定量分析了因子分析的争议问题。湖南大学周四军、王佳星、罗丹在《基于门限面板模型的我国能源利用效率研究》中，基于柯布―道格拉斯生产函数理论构建了我国能源利用效率门限面板模型，并进行了实证分析。
三、统计方法及实证研究
天津财经大学杨贵军、孟杰、邹文慧在《基于模型平均的中国总和生育率估计》中指出目前国内学者对中国总和生育率的估计尚未形成一致性的结论，缺少高质量的数据源以及不完善的估计方法是影响总和生育率估计的主要问题；提出使用社会和经济等“人口系统”外部数据，引入当前统计学和计量经济学前沿的模型平均方法对中国总和生育率进行估计。
华侨大学项后军和浙江财经大学何康在《自贸区的影响与资本流动――以上海为例的“自然实验”估计》中，从自然实验角度考察了样本期内上海自贸区的设立对上海地区资本流动的影响。得出：基于双重差分模型估计的自贸区对上海资本流动的影响显著；基于改进后合成控制法得到的“合成上海”对上海设立自贸区之前的模拟程度更高；基于安慰剂检验，证实了自贸区政策的有效性。
湖南大学晏艳阳、邓嘉宜、文丹艳在《邻里效应与居民政治信任――基于中国家庭追踪调查（CFPS）的证据》中，指出近年来居民对政府的信任危机频发，矛盾不断出现，严重制约着政府的行政效率；基于中国家庭追踪调查（CFPS）截面数据，建立回归模型进行实证分析，证实了其他信息获取渠道与社会互动之间具有相互替代的关系，有效解决了关联效应和反射性问题对邻里效应估计带来的影响。
中国南方电网科学研究院冷媛、傅蔷、陈政和厦门大学范新妍在《基于MCP，Group MPC的先行、一致、滞后指标筛选》中，提出了基于MCP惩罚法的单一指标先行、一致、滞后性的判定方法和基于Group MCP的多指标系统下各个指标的先行、一致、滞后性的判定方法。冷媛、傅蔷和厦门大学孙俊歌、梁振杰在《经济景气指数研究比较及思考》中梳理了国内外景气指数的研究状况。辽宁大学马树才、宋琪在《中国人口年龄结构变动对资本投入及经济增长影响研究》中通过构建数理模型，就人口年龄结构对资本投入及经济增长的影响进行研究，得出充足的劳动供给会提高教育人力资本和物质资本的使用效率，促进经济增长，政府公共教育支出增加会提高教育人力资本对经济增长的贡献；并对面板数据进行实证分析。厦门大学刘云霞在《我国高技术产业创新绩效影响因素动态比较研究――基于状态空间和门槛模型相结合的研究》中确定了反映创新绩效的指标以及影响创新绩效的因素，再将状态空间模型和门口模型进行有机结合，找出了各影响因素对创新绩效的动态影响轨迹以及轨迹改变的关键点，并提出对策建议。
篇9
1、选题意义和背景。
钢筋混凝土框架结构由于其平面布置灵活、自重相对较轻等优点在我国有较为广泛的应用，例如办公楼、医院、学校校舍及工业厂房等。然而，框架结构也有其缺点，比如，抗侧刚度小、节点区域应力集中显着、并在强烈多维地震动作用下结构容易产生过大的非线性水平位移等。在实际震害中，框架梁往往先于框架柱产生破坏，并不能很好地保证强柱弱梁的抗震设防要求。一般来说，各类建筑物在地震动作用下产生的破坏甚至倒塌是造成人民生命财产受到损失的首要原因。据统计，各类结构物倒塌造成的人员伤亡占地震中伤亡总数的95%.实际震害调查结果显示，倒塌比例较高的建筑类型主要有砖混结构、底框砖混结构和框架结构。框架结构的倒塌主要以整体倒塌模式为主，外围围护结构及填充墙的破坏也比较显着。倒塌是由于结构在地震作用下丧失承担重力荷载的能力而引起的。而整体倒塌通常由地震作用下结构产生较大的层间位移引起，同时受到P-4效应放大和构件强度刚度承载力退化的影响，结构逐渐失稳直至侧向倾覆。震害调查报告显示在框架结构破坏的案例中存在大量外围围护结构以及填充墙破坏的情况，这不仅造成了人们身体上和心理上的伤害，还对震后建筑修复带来一定的问题。所以，我们有必要对框架结构的抗震性能以及轴压比、框架填充墙等因素对框架结构抗倒塌性能的影响进行深入的研究。这不仅可以预测框架结构在未来地震作用中的地震反应，对可能遭受的结构破坏甚至整体倒塌进行预防，还可以对框架结构在地震作用下的抗震性能水平进行更准确地分析评价，从而有针对性地指导完善结构设计方案以及对既有建筑的改造加固。
2、论文综述/研究基础。
2.1增量动力分析的国内外研究现状
地震作为一种随机往复载荷，对于结构的破坏是一个损伤累积的过程，用强度准则和变形准则很难描述这一现象。IDA方法可以对框架结构进行从弹性状态到弹塑性状态直至倒塌的全过程分析。对于这方面内容国内外学者都做了大量的研究。
1977年，Bertero将同一条地震动作用下的多次非线性时程分析结果放在一起，以试图了解逐级放大的地震作用对结构非线性发展的影响规律以及结构从弘性、非弹性直至发生整体倒塌的全过程中结构的性能。这种分析方法被称为IDA丈法。
清华大学叶列平、陆新征等通过汉川地震极震区框架结构抗倒塌的研究得出增强结构整体性及冗余度可明显提高结构抗倒塌储备系数的结论。冯世平等人研究了钢筋混凝土框架结构在强烈地震作用下的倒塌反应。对结构处于不稳定状态(下降段)时的动力反应进行了讨论，还探讨了极限曲率延性比和强度降低率在结构地震倒塌反应中的应用。
2.2地震易损性分析的国内外研究现状
20世纪70年代初地震易损性曲线首先被用于对核电站的地震概率风险评估，随着易损性理论的发展，越来越多的学者开展了对核电站以及其它重大结构(如混凝土重力坝、变电站结构以及古塔等)的地震易损性分析研究。作为生命线工程，桥梁结构的地震易损性研究也受到了各国学者的广泛重视。国内外学者、机构对结构地震易损性开展了大量研究工作，取得了许多成果。
Muratserdar选取三层、五层、七层的RC结构房屋，采用人工地震波作用在不同层数的房屋，分析不同层数的RC结构的易损性。美国的地震损失评估软件HAZUS在大量研究者成果的基础上，结合性能设计理论和能力谱方法，给出了各类建筑结构的地震易损性曲线。
李谦对型钢混凝土框架结构基于IDA方法进行了研究，并把IDA方法应用到了型钢混凝土框架结构的地震易损性分析中。吕大刚、常泽民将可靠度引入了结构易损性分析中，对结构进行基于可靠度的整体和局部易损性的分析。
3、参考文献。
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论文摘要:介绍了机械零部件结构可靠性虚拟疲劳设计的软件及疲劳寿命预测方法。根据断裂力学理论和虚拟疲劳预测方法，利用系统动力学软件ADAMS模拟42CrMo硬齿面齿轮加工过程，分析了对应的疲劳载荷谱，得到了齿轮应力寿命S一N曲线。
1、引言
机械产品全寿命设计是衡量产品设计水平先进与否的重要指标，现代设计过程迫切需要通过工程分析手段预测产品的结构可靠性。近年来研究人员试图将虚拟设计思想更多地融人到复杂机械产品的结构可靠性设计中，借助工程分析软件对计算机中虚拟的产品样机进行应力分布、疲劳寿命和可靠性设计等，大大提高了可靠性设计水平。
利用国外先进有限元软件丰富的试验数据，应用项目组成员进行的42CrMo硬齿面齿轮的弯曲疲劳可靠性试验及资料，提出该硬齿面齿轮的结构可靠性虚拟疲劳设计方法，由虚拟零部件疲劳工作的情况快捷地得到应力一寿命(S一N)曲线，推知其疲劳寿命大样本，以供可靠性分析设计使用。
2、结构可靠性虚拟疲劳设计方法
2.1结构可靠性虚拟疲劳设计软件
进行产品零部件结构可靠性虚拟疲劳设计首先需要构造产品虚拟样机，目前国内外比较成熟实用的样机几何造型CAD软件有AutoCAD， Pro/E等，同时还有可以进行各种系统仿真分析的多体运动学、动力学软件ADAMS， SIMPACK等。
目前国际知名的通用有限元工程分析软件大多可完成对产品结构进行应力分析、疲劳寿命测试及寿命概率分析的功能，目前见长的软件有ANSYS，MSC/Fatigue， MSC/Nastran，考虑虚拟环境的CFX及FLUENT。近年来，样机的运动、动力学及疲劳分析技术正处于逐渐深人和系统化阶段，但有许多重要内容要填补，如虚拟环境的融入、几何造型、动力学、疲劳分析技术的集成及开放式。
2.2疲劳寿命预测方法
多年来人们发展了各种疲劳寿命预测方法，其中名义应力寿命法(S-N法)、局部应变法(E-N法)与基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命方法，已成为三种经典的疲劳寿命预测方法。
(1)名义应力寿命法(S-N法)
名义应力寿命法通常称为总寿命法。该方法用于构件总寿命的预测，是以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础的。该方法可以考虑构件表面加工和表面处理对其疲劳寿命的影响，也可以考虑构件焊缝的疲劳寿命，适用于低应力高周疲劳问题。
(2)局部应变法(E-N法)
局部应变寿命法通常称为裂纹萌生法。该方法用于预测构件的裂纹萌生寿命。它应用了材料的“记忆特性”，计人了名义应力无法计及的载荷循环顺序的影响，使寿命估算结果更接近实际情况，适用于高应变低周疲劳问题。
(3)疲劳裂纹扩展寿命方法
基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命方法主要用于预测构件从裂纹产生到发生破坏的疲劳寿命。该方法结合模拟材料微观结构变形的数值方法，是数值模拟断裂的主要发展方向之一。
3、在硬齿面齿轮弯曲疲劳试验中的应用
根据项目要求对42CrMo材质的硬齿面齿轮进行了弯曲疲劳可靠性全寿命试验，试验在机械部机械科学研究院英国产INSTRON1603型电磁谐振疲劳试验机上进行。采用4级应力水平，即作4组不同应力的轮齿全寿命大样本试验，得到了硬齿面齿轮定寿命下的R-S-N曲线(见图4中实线部分)。本文以此试验为研究基础，进行42CrMo硬齿面齿轮的结构可靠性虚拟疲劳设计和试验，得到了虚拟试验的各应力水平下疲劳寿命数据，即S-N曲线。
3.1三维几何造型设计
三维CAD软件为构造精准的零部件虚拟几何造型设计打下软件基础。42CrMo硬齿面齿轮是斜齿圆柱齿轮按渐开线形成的，为从齿轮的造型机理开始就严格遵循渐开线齿面生成和加工机理，应用三维虚拟造型软件MDI公司的ADAMS能在几何形体上展成曲面和使曲面扭曲变形的功能，开发出以法平面标准渐开线齿形为基准的斜齿模拟加工过程。
3.2疲劳载荷谱分析
载荷谱是有限寿命设计的依据之一。因此，掌握载荷谱的变化规律是进行寿命设计的先决条件。通常，载荷谱是由现场数据采集并经数据处理与统计分析获得。现场采集的载荷时间历程具有很大的随机性，并且因现场各种因素如开关信号、电磁干扰等影响，会造成原始信号记录失真，出现伪信号。齿轮结构所承受的疲劳载荷，实际上是一连续的随机过程，借助动力学分析软件Adams平台，可直接给出机械构件在整个装置工作过程中的疲劳载荷谱F-t曲线(见图2)，以此作为理论分析和结构可靠性虚拟疲劳设计的基础。
3.3有限元分析软件中的应力分析
建立一对轮齿的有限元模型并进行网格划分，模型主要为六节点五面体单元，单元总数为63359个，节点总数为15213个。这样有利于单元自动生成，有利于提高计算精度。有限元计算中，齿轮材料的弹性模量为4. 6 x 107MPa，波松比为0.3。
由有限元法(FEM)分析计算出随机动载荷谱下轮齿在啮合过程中最大动应力齿轮的位置、数值及周期。
3.4基于断裂力学的疲劳裂纹寿命预测
断裂力学是在承认裂纹存在的前提下进行疲劳强度计算(即微裂纹形成忽略)，失效判据是裂纹扩展到临界尺寸时发生疲劳断裂，应力强度因子幅度可用以下关系表示
对裂纹半长a的积分求出裂纹扩展的应力循环次数，即疲劳寿命。计算N时，应力强度因子幅}k、裂纹初始半长a1、裂纹半长极限值a2由式(1)计出。其中:c为与材料有关的系数，a为几何效应因子，山为复应力变化范围。
3.5虚拟试验结果分析
以实作齿轮试验的4级应力水平作虚拟疲劳试验，求得各应力水平下的疲劳寿命数据，这样可用最小二乘法得出待试验材料齿轮的S一N曲线。
图4虚线部分为42CrMo材料齿轮采用上述虚拟技术所作的S一N曲线，试验中取5个寿命水平N= 0.5 x 1护，1.0 x 1护，1.5 x 1护，2.0 x 1护，2.5 x 1护的应力分布。与图4中实线部分的实作齿轮试验S一N曲线对比可知，虚拟试验得到的S一N曲线与实际齿轮高可靠度下的S一N曲线比较接近，有一定的参考价值。
4、结语
(1)采用全寿命成组试验法得到产品的全寿命概率分布依据的是大样本试验，因此解决复杂机电系统使用期限内无故障的全寿命设计具有极高的经济价值和十分深远的应用前景。全寿命设计已成为衡量一个国家机电产品设计水平先进与否的重要指标，只有攻克使零部件全寿命试验与环境相容这一难题，才能更好地发挥全寿命设计对国民经济发展的促进作用，迅速把我国的可靠性设计水平提高到主动可靠性设计的国际前沿水平。
