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随机-非概率不确定性下的FRP桥梁结构多尺度可靠性研究
| 论文题名： | 随机-非概率不确定性下的FRP桥梁结构多尺度可靠性研究 |
| 关键词： | 纤维增强复合材料桥;桥梁结构;多尺度不确定性;可靠性分析 |
| 摘要： | FRP在桥梁结构中的应用范围日益增多，但相较于传统材料桥梁结构，对其可靠性认识不足导致目前 FRP 桥梁结构往往设计得极为保守，导致其卓越的材料性能未能充分发挥。其原因一方面是几何尺度的多层级特性导致其在宏细观尺度上均存在不确定性，另一方面是目前研究和应用较少，部分变量的统计参数不充足，FRP桥梁面临着随机不确定性和区间不确定性并存的问题。然而，现行规范中的可靠性分析方法基于传统材料的统计数据，且仅从概率角度将不确定性参数作为随机变量，不能完全反映 FRP桥梁结构可靠性能。因此，充分考虑FRP桥梁结构宏细观尺度的不确定性，并根据其统计信息的充足性将其分别按照随机变量和区间变量建模，进而对多尺度混合不确定性下的桥梁可靠性能进行评估，为FRP桥梁建设提供理论依据和科学支撑具有重要意义。本文就FRP桥梁结构存在的宏细观随机-区间混合不确定性问题展开了如下研究： （1）在细观尺度上，考虑组分材料即纤维和基体材料属性的不确定性，对纤维周期性分布的FRP取代表性体积元（RVE）为研究对象，通过Mori-Tanaka方法进行均匀化分析，将摄动法与粒子群算法（PSO）结合，分别处理随机变量和区间变量，分析了FRP等效材料属性均值和方差的上下界。 （2）在宏观尺度上，以由单层FRP组成的构件为对象，利用层合板理论与Mori-Tanaka 方法建立了层合板力学属性和细观尺度组分材料的对应关系，以混沌多项式展开（PCE）理论为基础，将随机变量PCE多项式系数以含有区间变量的正交Chebyshev多项式表示，提出了FRP构件力学性能的多尺度混合不确定性代理模型，并进一步评估了层合板的等效弹性属性和轴向拉伸作用下的失效概率的概率密度上下界。 （3）通过将概率分析的一次二阶矩法（FOSM）嵌入区间分析的梯度投影法，借助宏观结构的有限元分析结果与细观尺度不确定性参数的导数关系实现不确定性的跨尺度传递，提出了适用于 FRP 结构多尺度混合不确定性下的可靠性分析方法，并通过理论算例验证了该方法的高效性和准确性。 （4）以高良涧闸区工作桥为研究对象，充分考虑其在宏细观尺度的不确定性，分别建立了以位移和应力控制的结构功能分析的极限状态函数，采用前述建立的多尺度混合可靠性分析方法对其进行求解，并开展了区间变量处理方式的比较分析，说明了不合理的不确定性处理方法会导致对结构可靠性的误判。 |
| 作者： | 王能威 |
| 专业： | 交通运输工程(专业学位) |
| 导师： | 周小燚;章世祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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