基于Vine copula和贝叶斯动态模型的桥梁可靠性研究

摘要

桥梁健康监测系统在长期运营中积累了大量数据，合理处理这些数据，可以有效地了解在役桥梁结构的运行状况。基于这些数据，如何合理考虑桥梁结构体系存在的不确定性、失效模式之间的相关性等因素对结构的动态可靠性进行预测成为健康监测领域迫切需要解决的关键问题之一。本文基于在役桥梁的动态监测信息，采用Vine copula模型和贝叶斯动态模型，对桥梁结构体系可靠性进行了系统分析，具体研究内容包括：　　(1) 建立了刻画桥梁结构体系失效模式非线性相关性的Vine copula模型，并基于此，进行了结构体系的时不变可靠性分析。采用 Pair-Copula 模型和 Vine copula模型研究了多元随机变量之间的非线性相关性，结合健康监测数据和一次二阶矩(FOSM)可靠性分析方法，得到了失效模式非线性相关性对结构体系时不变可靠性的影响规律。　　(2) 提出了基于解耦信息和贝叶斯动态模型的桥梁结构时变可靠性分析方法。基于移动平均方法进行了在役桥梁监测耦合信息的解耦处理，利用 Kendall秩相关系数分析了解耦信息之间的相关性，采用时间序列模型建立了解耦信息的贝叶斯动态模型（考虑正态分布与t分布两种情况），对解耦信息的变化趋势进行预测，结合FOSM方法，实现了桥梁结构的动态可靠性预测分析。　　(3) 提出了桥梁结构体系考虑失效模式时变非线性相关性的时变可靠性分析方法。基于桥梁结构的健康监测信息，建立Vine copula模型和贝叶斯动态模型相融合的多个监测变量的贝叶斯动态Vine copula模型，结合FOSM方法，实现了考虑失效模式时变非线性相关性的桥梁体系时变可靠性分析，并与不考虑失效模式相关性的桥梁体系时变可靠性进行了比较，验证本文所提方法的合理性。

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