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中国起重机械设备网带你了解土木工程结构与系统全寿命可靠性的研究
2018/12/18 16:10:35来源:中国起重机械设备网

在20世纪中期,由于工业化迅猛发展,各国进行了大规模的基础设施建设,与此同时,土木工程结构的耐久性和使用寿命问题日益突出。由于对结构性能演化的认识不足,使得部分结构性能过早退化,威胁结构安全并浪费社会资源。国内外结构工程师们深知结构使用寿命的重要性,提出了一套与结构目标使用年限有关的设计方法:容许应力设计法、破坏强度设计法和极限状态设计法。目前基 于概率理论的极限状态设计法经实践检验后为大多 数国家所采用。但该方法仅满足结构在施工完成后 的状态,引入了目标使用年限对荷载的影响,但未考虑结构性能退化问题。 

为此,有关研究人员提出采用基于随机过程的可靠性分析方法。基于随机过程意味着在考虑时变 性的影响下,引入结构抗力退化的时变概率模型。 然而到目前为止,对环境与荷载作用下各类结构的 性能演化机理尚缺乏深入的认识。因此基于已有构 件抗力预测模型的可靠性分析结果与真实情况有所 偏差。此外,不同学者针对各自的抗力退化模型提出了不同的时变可靠性分析计算方法,如穿越法、 时不变可靠度串联体系法、以及蒙特卡罗模拟法等。 其中,穿越法和时不变可靠度串联体系法或是不适 用时变可靠度计算,或是受限于特定的极限状态方 程的表达形式。尽管蒙特卡罗模拟法不受限于随机 物理系统以及极限状态方程,且应用最为广泛,精度较高,但是计算相对耗时。 

目前,土木工程结构与系统全寿命可靠性的研 究方向有: 

(1)时变可靠性分析方法改进,主要有基于泊松计数过程等随机过程模型的时变可靠度计算的解析法,以及基于蒙特卡罗模拟的随机模拟法, 以克服直接模拟法带来的高昂计算成本,以及小 概率事件抽样面临的困难。此外还有基于概率守 恒原理的概率密度演化方法的时变可靠度计算方 法等。 

(2)结构、系统时变状态函数的改进,如考虑钢筋锈蚀速率的时变性、钢筋腐蚀电流密度分布及钢筋锈蚀形态的不均匀性的锈蚀钢筋混凝土结构的时变可靠度计算,考虑复杂结构失效模式转换的 等效极值事件建立及可靠度计算等。 

(3)基于时变可靠性的结构与系统全寿命设计理论与维护技术。 土木工程结构与系统全寿命可靠性的核心论文数为 215 篇,核心论文的篇均被引频次为20.65。核心论文产出排名前三的国家 / 地区为中国、美国和意大利,其中中国发表论文占比为 33.49%(其中港澳占 9.7%), 是该前沿的主要研究国家之一。篇均被引频次排名前五的国家 / 地区为法国、英国、新加坡、美国和意大利,其中中国作者所发表的论文篇均被引频次 为 21.15,略高于平均水平,说明中国学者在该前沿的研究工作也逐步受到了关注。从排名前十的核心论文产出国家 / 地区合作网络来看, 除捷克之外,论文数量排名前十的国家 / 地区之间有较为密切的合作关系。

根据核心论文的产出机构情况, 该前沿排名前三的产出机构为中国的湖南大学、大连理工大学和同济大学。从排名前十的核心论文产出机构合作网络来看,机构间合作不甚紧密。 

施引核心论文产出前五的国家 / 地区为中国、 美国、意大利、英国和澳大利亚, 施引核心论文产出前三的机构为中国湖南大学、同济大学和美国理海大学。 

根据论文的施引情况来看,核心论文产出国排 名前五的国家 / 地区施引核心论文数也比较多,其中中国施引论文数排名第一,说明中国学者对该前沿的研究动态保持比较密切的关注和跟踪。 

综合以上统计分析结果,在土木工程结构与系 统全寿命可靠性研究前沿,我国目前处于领跑的态势,建议我国继续加大在该前沿前沿的研究投入, 保持该前沿在世界上的领先水平。


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