吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (2): 485-493.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220316

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    

基于Gaussian Copula-贝叶斯动态模型的桥梁构件时变可靠性分析

樊学平1,2(),周衡2,刘月飞1,2   

  1. 1.兰州大学 西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州 730030
    2.兰州大学 土木工程与力学学院，兰州 730030
  • 收稿日期:2022-03-27 出版日期:2024-02-01 发布日期:2024-03-29
  • 作者简介:樊学平（1983-），男，副教授，博士. 研究方向：结构健康监测、安全评定与抗震分析.E-mail：fxp_2004@163.com
  • 基金资助:
    中央高校基金面上项目(lzujbky-2022-43);国家自然科学基金项目(51608243);甘肃省自然科学基金面上项目(20JR10RA625)

Time⁃variant reliability analysis of bridge members based on Gaussian Copula⁃Bayesian dynamic models

Xue-ping FAN1,2(),Heng ZHOU2,Yue-fei LIU1,2   

  1. 1.Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China of the Ministry of Education，Lanzhou University，Lanzhou 730030，China
    2.School of Civil Engineering and Mechanics，Lanzhou University，Lanzhou 730030，China
  • Received:2022-03-27 Online:2024-02-01 Published:2024-03-29

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摘要：

针对桥梁构件的各控制监测点之间存在失效非线性相关性的问题。首先考虑到非线性相关性对桥梁构件可靠性的影响，采用贝叶斯动态模型（BDMs），建立监测数据的动态预测模型；再结合Copula理论建立Gaussian Copula-BDMs，进而计算桥梁构件时变可靠性，同时与不考虑桥梁构件各控制监测点失效相关性得到的可靠性进行比较分析；最后通过算例验证所建模型与方法的合理性。本研究成果将为多元结构体系的可靠性分析提供参考。

关键词: 结构工程, 相关性, 贝叶斯动态模型, 高斯Copula贝叶斯动态模型, 时变可靠性分析

Abstract:

Nonlinear dependence of multiple control monitoring point failure exists in bridge member， Considering the influence of this nonlinear dependence on bridge member reliability. In this paper， firstly， Bayesian dynamic model （BDMs） is introduced to build the dynamic prediction model of monitoring data. Further， Gaussian Copula-BDMs is given with the fusion of BDMs and Copula theory， which is used to solve the structural reliability. And the solved reliability is compared with that calculated without considering the dependence among bridge member control monitoring point failure. Finally， an example is given to illustrate the feasibility of the proposed models and approaches. The research results will provide the theoretical foundation for the reliability analysis of structural system.

Key words: structural engineering, dependence, Bayesian dynamic models, Gaussian Copula-BDMs, time-dependent reliability analysis

中图分类号: 

  • TU391

图1

监测应力的预测曲线"

图2

FBG01021、FBG01028、FBG01029的模型预测精度"

图3

贝叶斯因子变化图"

图4

FBG01021、FBG010218、FBG01029的累计贝叶斯因子变化图"

图5

功能函数之间的线性相关系数"

图6

时变Gaussian-Copula 函数PDF图和等高线图"

图7

可靠指标与失效概率"

图8

结构体系的时变失效概率"

1 樊学平, 周衡, 刘月飞. 桥梁时变可靠性的多过程贝叶斯动态混合预测[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2023, 53(8): 2332-2338.
Fan Xue-ping, Zhou Heng, Liu Yue-fei. Multi⁃process Bayesian dynamic combinatorial prediction of time⁃variant reliability for bridges[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2023, 53(8): 2332-2338.
2 Frangopol D M, Strauss A, Kim S Y. Use of monitoring extreme data for the performance prediction of structures: general approach[J]. Engineering Structures, 2008, 30: 3644-3653.
3 Strauss A, Frangopol D M, Kim S Y. Use of monitoring extreme data for the performance prediction of structures: Bayesian updating[J]. Engineering Structures, 2008, 30: 3654-3666.
4 Patton A J. Modelling asymmetric exchange rate dependence[J]. International Economic Review, 2006, 47(2): 527-556.
5 Dias A, Embrechts P. Dynamic copula models for multivariate high-frequency data in Finance[J]. Working Papers, 2004, 3(1): 1-14.
6 Goorbergh R W J V D, Genest C, Werker B J M. Bivariate option pricing using dynamic copula models[J]. Insurance Mathematics & Economics, 2003, 37(1): 101-114.
7 Joe H. Multivariate Models and Multivariate Dependence Concepts[M]. London: Chapman and Hall, 1997.
8 樊学平. 基于验证荷载和监测数据的桥梁可靠性修正与贝叶斯预测[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学土木工程学院, 2014.
Fan Xue-ping. Reliability updating and Bayesian prediction of bridges based on proof loads and monitored data[D]. Harbin: School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, 2014.
9 樊学平, 刘月飞, 吕大刚. 桥梁监测数据的动态线性建模与可靠性预测[J]. 同济大学学报, 2016, 44(7): 1002-1009.
Fan Xue-ping, Liu Yue-fei, Lu Da-gang. Dynamic linear modeling of bridge monitored data and reliability prediction[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2016, 44(7): 1002-1009.
10 樊学平, 杨光红, 尚志鹏, 等.考虑适用性的大跨桥梁主梁动态可靠性融合预测[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2022, 52(1): 144-153.
Fan Xue-ping, Yang Guang-hong, Shang Zhi-peng, et al. Dynamic reliability fusion prediction of long-span bridge girder considering structural serviceability[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2022, 52(1): 144-153.
11 张孝令, 刘福升, 张承进, 等. 贝叶斯动态模型及其预测[M]. 济南: 山东科学技术出版社, 1992.
Zhang Xiao-ling, Liu Fu-sheng, Zhang Cheng-jin, at et. Bayesian Dynamic Model and Forecasting[M]. Jinan: Shandong Science & Technolyge Press, 1992.
12 West M, Harrison J. Bayesian Forecasting and Dynamic models[M]. 2nd ed. New York: Springer, 1997.
13 刘月飞. 考虑失效模式和验证模式相关性的桥梁结构体系可靠度分析[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学土木工程学院, 2015.
Liu Yue-fei. System reliability analysis of bridge structures considering correlation of failure modes and proof modes[D]. Harbin: School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, 2015.
[1] 肖明尧,李雄飞,朱芮. 基于NSST域像素相关分析的医学图像融合[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(9): 2640-2648.
[2] 范亮,徐英铭,谭阳. 集束群钉式装配组合梁界面滑移计算[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(9): 2533-2541.
[3] 樊学平,周衡,刘月飞. 桥梁时变可靠性的多过程贝叶斯动态混合预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(8): 2332-2338.
[4] 熊二刚,巩忠文,罗佳明,范团结. 基于数字图像相关技术的钢筋混凝土梁裂缝试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 1094-1104.
[5] 王晓东,李宁静,李强. 高压脉冲放电破碎混凝土梁试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(2): 496-504.
[6] 匡亚川,陈立斌,李超举,贺宇豪. 栓钉剪力连接件力学性能分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(2): 538-546.
[7] 翁剑成,魏瑞聪,何寒梅,徐海辉,王晶晶. 基于关联路链组的城市路网短时交通流预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(11): 3104-3112.
[8] 周杰,王学英,陈钱,罗宏,徐蕾. 基于函数拟合AoA任意分布的MIMO信道特征分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(10): 2994-3006.
[9] 戴理朝,周亮,杨晓文,王磊. 基于Connector单元的锈蚀RC梁界面粘结性能细观数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(10): 2886-2896.
[10] 褚云朋,孙鑫晖,李明,姚勇,黄汉杰. 下击暴流作用下圆形马鞍面屋盖风压特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(8): 1826-1833.
[11] 姚勇,苏留锋,李明,褚云朋,黄汉杰. 下击暴流作用下双面球壳型屋面风载特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(3): 615-625.
[12] 匡亚川,宋哲轩,刘胤虎,莫小飞,伏亮明,罗时权. 新型装配式双舱综合管廊力学性能试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(3): 596-603.
[13] 王毅红,田桥罗,兰官奇,姚圣法,张建雄,刘喜. 630 MPa高强钢筋混凝土大偏压柱受力性能试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(11): 2626-2635.
[14] 龚永智,况锦华,柯福隆,周泉,罗小勇. UHPC连接的装配式剪力墙节点抗震性能试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(10): 2367-2375.
[15] 樊学平,杨光红,尚志鹏,赵小雄,肖青凯,刘月飞. 考虑适用性的大跨桥梁主梁动态可靠性融合预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(1): 144-153.
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