考虑多种误差的结构可靠度指标置信度研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文考虑多种误差的结构可靠度指标置信度研究学科：博士生：导师：学号：结构工程李张苗寇新建教授0060109024上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2012年6月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforthe。eg心e。fPhil。s。phy。。ct。r、一／卿RESEARCHoNSTRUCTURALREALmILITYINDEXCoNFIDENCECoNSIDERINGMU工TI．ERRoRFACToRSCandida

2、te：LiZhangmiaoSpecialty：StructuralEngineeringSupervisor：Prof．KouXinjianSchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai，P．R．ChinaJune．2012．ZUlZ上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果．除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含

3、任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果．对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以E巨确方式标明．本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：．磅张瀚日期出侈年二月知El上海交通大学学位论文答辩决议书所在姓名李张苗学号0060109024土术工程学科答辩指导教师寇新建2012．1幺23交大术兰楼A1006室日期地点‘论文题目考虑多种误差的结构可靠度指标置信度研究㈨牛l，鼍§；r-：职务姓名职称单位签名鬻同济火学了姒楚瓣-，主席张其林教授鬻囊i委员，刘卫东教授上海理工大学锄2疋懑

4、；蓦≤委员陈龙珠教授上海交通大学能锹蒸，l委员、付功义教授上海交通大学红扣破寨：j委员黄真教授上海交通大学毋互磊秘书王捷实验师上海交通大学一湔：一=一尊、摘要随着科技的进步与理论的深入，对结构可靠性研究的要求愈来愈高，结构可靠度指标计算精度的要求也不断提高。本文将按照结构可靠度指标的计算原理，总结寻找其影响因素和可能产生的误差，分析误差产生原理及作用方式，并提出合适的数学力学方法量化误差作用大小，对可靠度指标进行修正，以期获得对实际工程具有更好指导意义的结果。很多实际工程，尤其是岩土工程，可靠性计算数据直接

5、来源于现场测量结果。依据数理统计，同一性能指标的现场试验可看作抽样试验，测量结果则可看作样本。根据样本可以对性能指标进行参数估计，这些估计值是可靠度指标计算的基础。以样本参数估计母体参数，必然存在随机性，同一母体在不同子样下有不同的参数估计结果，导致可靠度指标将会在一定范围内产生随机波动，故依据子样得到的可靠度指标应该是一个随机变量，而目前可靠度研究中将其简化为一个固定的简单的数值。作为随机变量的可靠度指标要实现对工程的指导意义，必须进行置信区间研究，即可靠度指标真实值发生在某个数值区间内的概率大小。不论是

6、传统的可靠度指标的取值，还是本文提出的随机变量的可靠度指标的置信区间都受到各种误差因素的影响，必须进行相关误差研究才能更好地应用于实践。本文将对相关误差因素进行逻辑分析与量化计算，具体分析过程如下：首先，可靠度指标赖以计算的基础是测量数据，而在具体测量过程中误差不可避免。测量误差包括系统误差、随机误差和粗差，这些误差可以通过提高子样样本容量和严格按照数理统计理论处理数据得到有效控制。然而，在实际工程中，相应规范标准在数据采集时要求的测量次数很少，对数据的处理比较简单，在大多数情况下可以对数据进行有效处理，但

7、是在某些情况下可能会出现数据处理的误差，导致可靠度计算的结果成为“空中楼阁’’。本文通过实例数据说明土木工程规范在数据处理中存在的某些缺陷，同时测绘科学与技术中测量误差的相关理论与处理方法可以有效改善这些缺陷，这也说明测量误差理论在土木工程数据处理领域的应用可以有效提高结构可靠性分析结果自身的可靠性。其次，结构可靠性理论分析中，正态分布应用较为广泛。其与很多随机变量的实际概型契合较高，且具有较好的数学优势，易于推导及变换。但是，理论与实际很难完全符合，随机变量只可能近似服从正态分布，特别是概率密度曲线尾部是

8、否有界的问题，导致理论失效概率与实际失效概率之间存在偏差的尾部效应问题。随着可靠性研究精度要求的提高，必须考虑尾部效应，特别是在结构的系统可靠性问题中，偏差将会产生非线性累积。为消除尾部效应，本文提出了平截尾正态分布，该分布是对正态分布的修正，继承了正态分布的优点，并有效解决了尾部效应。本文完成了新分布的相关理论和应用研究，通过假设检验证明新分布可用于实际工程的理论分析模型，并深入讨论其与正态分布计算得到的失效概