El siguiente es el contenido relevante sobre la investigación de confiabilidad de la estructura de puentes que Zhongda Consulting le presentó para su referencia.
Desde la década de 1940, la teoría de la confiabilidad estructural ha logrado grandes avances. En particular, muchos países han comenzado a estudiar su aplicación en las especificaciones de diseño estructural, lo que ha llevado la aplicación de la teoría de la confiabilidad estructural a un nuevo período. Con base en la literatura, este artículo revisa la investigación teórica sobre confiabilidad estructural de la ingeniería de puentes desde los aspectos de la historia y la situación actual de la investigación teórica sobre confiabilidad estructural, el estado actual de la investigación teórica sobre la confiabilidad estructural de puentes y la tendencia de desarrollo de la ingeniería. confiabilidad estructural.
El tema de la confiabilidad estructural ha experimentado grandes avances desde su nacimiento hasta la actualidad: desde la confiabilidad aleatoria basada en la teoría de la probabilidad hasta la confiabilidad difusa basada en la teoría difusa y la confiabilidad no probabilística propuesta en los últimos años. esta teoría es cada vez más rica y perfecta, y penetra profundamente en diversas disciplinas y campos.
1. Historia de la investigación de la teoría de la confiabilidad estructural
Durante mucho tiempo, la gente ha utilizado ampliamente el concepto de "confiabilidad" para evaluar cualitativamente la calidad del producto. Este tipo de evaluación basada en la experiencia de las personas sobre si un producto es confiable, relativamente confiable o poco confiable no tiene un estándar cuantitativo para medirlo. En 1939, el libro "Notas sobre estadísticas de aeronavegabilidad" publicado por la Comisión Aeronáutica Británica propuso por primera vez que la tasa de fallas de las aeronaves no debería exceder de 10 a 5 veces 3 horas. Este puede considerarse el primer indicador cuantitativo de la seguridad y confiabilidad de las aeronaves en la Guerra Mundial; II Más tarde, el experto alemán en cohetes R. Lusser expuso por primera vez en términos cuantitativos la fiabilidad del producto. Propuso utilizar la regla del producto de probabilidad para considerar la confiabilidad del sistema como el producto de la confiabilidad de cada subsistema, calculando así la confiabilidad del dispositivo de inducción del cohete V-II en 1942, un laboratorio de investigación en Massachusetts; El Instituto de Tecnología de los Estados Unidos comenzó a realizar investigaciones y trabajos de investigación en profundidad sobre la confiabilidad de los tubos de vacío. Durante la Segunda Guerra Mundial, una gran cantidad de fallas en equipos electrónicos militares le costaron un alto precio a Estados Unidos. Esto hizo que el ejército de los EE. UU. concediera gran importancia a las cuestiones de confiabilidad. Al mismo tiempo, tomó la iniciativa en la realización de investigaciones sistemáticas sobre cuestiones de confiabilidad y estableció el "Grupo Asesor sobre Confiabilidad de Equipos Electrónicos" en 1952, denominado AGREE (. Grupo Asesor de Confiabilidad de Equipos Electrónicos). La organización publicó el famoso "Informe de confiabilidad de equipos electrónicos" en 1957. El informe propone un conjunto completo de teorías y métodos para evaluar la confiabilidad del producto. Este informe es reconocido como un documento fundamental para la investigación de confiabilidad. En 1965, el Comité Técnico Electrónico Internacional (IEC) estableció el Comité Técnico de Confiabilidad TC-56 para coordinar términos y definiciones de confiabilidad, métodos de medición de datos de confiabilidad, métodos de representación de datos, etc. entre países. Desde la década de 1960, la investigación sobre confiabilidad se ha expandido desde sectores industriales de vanguardia como la electrónica, la aviación, la industria aeroespacial y la energía nuclear hasta los sistemas eléctricos y de energía, equipos mecánicos, energía, construcción civil, metalurgia, industria química y otros sectores.
El surgimiento de la teoría de la confiabilidad estructural está marcado por la aplicación de la teoría de la probabilidad y la estadística matemática al análisis de la seguridad estructural a principios del siglo XX. En las primeras etapas del desarrollo de la teoría de la confiabilidad estructural, solo unos pocos académicos. se dedicaron a esta área, por ejemplo, en 1911 Kaczynski de Budapest, Hungría, propuso el uso de métodos matemáticos estadísticos para estudiar cuestiones de carga y resistencia del material; en 1926, Meyer de Alemania propuso un método de diseño basado en la media y la varianza de; variables aleatorias, que fue el primero en proponer la aplicación de la probabilidad. Uno de los académicos que realiza análisis de seguridad estructural de forma teórica. De 1926 a 1929, Khachinov y Majerov de la ex Unión Soviética formularon el método de diseño probabilístico, pero el método no era lo suficientemente riguroso en ese momento, por lo que no se implementó. Strelutsky en 1935, Erzhenitsin y Sila en 1947 publicaron artículos en esta área, y la investigación sobre seguridad estructural entró gradualmente en la etapa de aplicación de la teoría de la probabilidad y la estadística matemática. Vale la pena señalar que Freudencher llevó a cabo investigaciones sobre la confiabilidad estructural aproximadamente al mismo tiempo que Erzhenitsin y otros. La cuestión básica de la seguridad estructural bajo cargas aleatorias que planteó fue reconocida y aceptada por la comunidad de ingenieros por primera vez. En 1947 publicó el artículo "Seguridad estructural", que sentó las bases teóricas de la fiabilidad estructural.
El período comprendido entre principios de los años 40 y finales de los 60 fue el período principal para el desarrollo de la teoría de la confiabilidad estructural. El concepto de teoría clásica de la confiabilidad estructural que ahora se llama a grandes rasgos apareció durante este período. Con la profundización del trabajo de investigación de la teoría de la confiabilidad estructural, la teoría clásica de la confiabilidad estructural se ha desarrollado integralmente. La comunidad de ingenieros acepta gradualmente los métodos de diseño estructural basados en la teoría de la probabilidad. Sin embargo, durante este período, la teoría de la confiabilidad estructural no fue ampliamente utilizada de inmediato en la comunidad de ingenieros. Las razones son las siguientes:
1. El método de diseño estructural determinista tradicional estaba profundamente arraigado en la mente de la gente en ese momento. y se consideró innecesario cambiar el método de diseño estructural utilizado, y la falla estructural rara vez ocurre. Incluso si ocurre una falla estructural, la mayor parte es causada por error humano y no es un problema con el método de diseño estructural.
2. El método de diseño estructural basado en la teoría de la probabilidad parece ser más problemático que el método de diseño estructural determinista tradicional e implica problemas matemáticos estadísticos que eran difíciles de resolver en ese momento.
3. Había muy pocos datos estadísticos útiles en ese momento, lo que no era suficiente para definir la importante distribución de carga y fuerza de la cola.
Además de las razones antes mencionadas que obstaculizaron la aplicación de la teoría de la confiabilidad estructural, la teoría de la confiabilidad estructural en sí también enfrentó dos problemas importantes en ese momento:
(1) La teoría matemática El modelo utilizado en la teoría de confiabilidad estructural no es suficiente para reflejar con total precisión la situación de la aplicación, es decir, se desconoce el error del modelo.
(2) Incluso para una estructura simple, los modos de falla pueden ser demasiado numerosos para contarlos, y mucho menos realizar un análisis de confiabilidad.
Por ello, a principios de la década de 1960, muchos estudiosos se dedicaron a la investigación para superar las dificultades mencionadas. Por ejemplo, Lind et al. definieron el problema de diseño estructural estandarizado como el problema de buscar el valor óptimo de un conjunto de coeficientes de carga y resistencia. Sugirieron utilizar un proceso iterativo para determinar la seguridad y el costo de la estructura. Propuso el mismo método de momento de primer orden y segundo orden que Erzhenychin, y estableció un método de diseño de momento de primer orden y segundo orden relativamente sistemático y práctico, utilizando el índice de confiabilidad estructural β en lugar de la probabilidad de falla Pf, como una especie de estructural. Confiabilidad La medición puede hacer que la teoría de la confiabilidad estructural logre propósitos prácticos.
2. Estado actual de la investigación sobre la teoría de la confiabilidad estructural en ingeniería en el país y en el extranjero
Las décadas de 1970 y 1980 fueron un período en el que la teoría de la confiabilidad estructural fue perfeccionada y adoptada por las normas y estándares de varios países. Dado que C.A. Cornell propuso el método de momento de primer orden y segundo orden, N.C. Lind dedujo un conjunto completo de factores de seguridad de carga y resistencia basados en los indicadores de confiabilidad de C.A. Cornell. Este estudio utilizó análisis de confiabilidad vinculados a métodos de diseño prácticos aceptables. Posteriormente, R. Rackwitz y B. Fiessler de Alemania propusieron un método equivalente para encontrar variables normales cuando las variables básicas no tienen una distribución normal. Después de mejoras sistemáticas, este método fue recomendado a la comunidad de ingenieros de modelado de suelos como apéndice del Comité Conjunto sobre. Documento de Seguridad Estructural (JCSS). Este método también ha sido adoptado por muchos códigos nacionales. El "Estándar unificado para el diseño de estructuras de construcción" de mi país (GBJ68-84) también utiliza este método como base para la calibración de confiabilidad.
3. Estado actual de la investigación teórica sobre la confiabilidad de la estructura de puentes
El problema a resolver en el diseño de confiabilidad de puentes es: bajo la condición de que se cumplan las características estadísticas de la carga externa y la resistencia estructural. de la estructura son conocidos. De acuerdo con el índice de confiabilidad objetivo especificado, los parámetros geométricos de la sección de la estructura (componente) se seleccionan para garantizar que la confiabilidad de la estructura no sea inferior al valor predeterminado dentro del tiempo especificado y bajo las condiciones especificadas. . La descripción cuantitativa de confiabilidad es generalmente confiabilidad. La investigación sobre confiabilidad estructural en nuestro país se limita a aspectos teóricos y se centra en el diseño de confiabilidad. La investigación sobre durabilidad estructural, especialmente la investigación sobre la teoría de evaluación de la durabilidad, aún está rezagada. De hecho, sólo haciendo una evaluación correcta de la confiabilidad de la estructura del puente existente y prediciendo con precisión su vida restante podemos garantizar la seguridad de la estructura durante su extensión de vida y ahorrar una gran cantidad de fondos de mantenimiento y refuerzo.
En el proceso de diseño de puentes en nuestro país existen problemas como considerar más resistencia y menos durabilidad; enfatizar el estado límite de resistencia pero no el estado límite de servicio enfatizar la construcción de la estructura del puente pero descuidar su inspección y mantenimiento; diversos grados de peligros ocultos y riesgos para el defecto de seguridad estructural. En los últimos años, se han producido varios derrumbes de puentes o accidentes con daños parciales en China, en gran medida debido a daños por fatiga de los componentes (como grietas estructurales, deformaciones excesivas, etc.), lo que afecta gravemente a la capacidad de carga y al rendimiento de los puentes. estructura del puente. Para garantizar la operación segura de los puentes, extender su vida útil, mejorar la seguridad y durabilidad de los puentes, reducir las enfermedades tempranas de los puentes y, por lo tanto, ahorrar costos de mantenimiento posteriores, es muy necesario y urgente estudiar la confiabilidad de las estructuras de los puentes.
4. Tendencia de desarrollo de la investigación teórica sobre la confiabilidad de las estructuras de ingeniería
Después de entrar en la década de 1980, la investigación sobre la teoría de la confiabilidad de los sistemas estructurales se ha convertido en un foco de investigación en la ingeniería estructural, y muchos Se han publicado monografías y han florecido los análisis de confiabilidad y los métodos computacionales avanzados para sistemas estructurales complejos. En resumen, los siguientes aspectos son puntos calientes en la investigación teórica sobre confiabilidad estructural:
1. Con respecto al muy complejo tema de investigación del análisis de confiabilidad de sistemas estructurales, muchos académicos lo han estudiado desde diferentes ángulos y han propuesto algunos conceptos y métodos. Por ejemplo, el concepto de momento de primer orden del análisis de confiabilidad estructural y el método de cálculo cuando la carga es la combinación de Ferry Borges Castanheta se utiliza para calcular la confiabilidad del sistema y realizar el diseño estructural con base en los diferentes estados límite correspondientes a varios; niveles de daño de la estructura; el método Monte-Carlo se utiliza para calcular la confiabilidad de los sistemas estructurales utilizando importantes técnicas de muestreo. Al mismo tiempo, algunos académicos también estudian la cuestión de los límites de confiabilidad del sistema. En resumen, la investigación del análisis de la confiabilidad del sistema es rica en contenido y difícil.
2. Mejorar el análisis del estado límite estructural, además de considerar el estado límite de resistencia, el estado de uso normal de la estructura, el estado límite de seguridad ante daños y el límite de pérdida de energía ante terremotos y otras situaciones especiales. También se deben considerar las circunstancias.
3. Cuantificación de la fiabilidad del objetivo. Aunque los métodos de calibración han resuelto parcialmente este problema, en comparación con la situación real, este aspecto aún está lejos de resolverse.
4. Análisis de errores humanos. La falla de muchas estructuras no es causada por la incertidumbre en la carga y la resistencia, sino que a menudo es causada por cuestiones de diseño, evaluación de confiabilidad y toma de decisiones de mantenimiento de las estructuras en servicio. La evaluación de la confiabilidad y las decisiones de mantenimiento de las estructuras de construcción en servicio se están convirtiendo en una disciplina marginal de las estructuras de construcción. No solo involucra teorías básicas como la mecánica estructural, la mecánica de fracturas, la ciencia de los materiales de construcción y la ingeniería geológica, sino que también se relaciona con la tecnología de la construcción y la inspección. métodos, Las condiciones de mantenimiento y uso del edificio están estrechamente relacionadas. Al mismo tiempo, la teoría clásica de la confiabilidad estructural también se desarrollará en consecuencia en la evaluación de la confiabilidad de las estructuras en servicio.
6. Investigación sobre confiabilidad aleatoria difusa. La investigación sobre la teoría de la confiabilidad aleatoria difusa es una parte importante de la investigación sobre la teoría de la confiabilidad aleatoria difusa de las estructuras de ingeniería. Con la mejora de la teoría y los métodos matemáticos difusos, la teoría de la confiabilidad aleatoria difusa también se mejorará y desarrollará aún más.
5. Conclusión
La solución para resolver problemas de ingeniería es siempre una combinación de teoría y experiencia en ingeniería. Cuanto más conocimiento tenga y menos experiencia subjetiva, más razonable será. El diseño de la estructura del puente también es el objetivo que persigue la investigación en tecnología de ingeniería de puentes. La investigación teórica sobre la confiabilidad de las estructuras de puentes es un tema de investigación importante con contenidos extremadamente ricos y complejos. No solo hay muchos problemas importantes que deben resolverse en teoría, sino que también hay muchos aspectos detallados para aplicarlo al diseño de estructuras de puentes. decisiones de evaluación y mantenimiento. Hay trabajo por hacer.
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