Most reliability-based analyses focus on the reliability of the individual components of a structure. There are many advantages to examining the components in combination as an entire structural system. This paper illustrates an algorithm used in the computer program RELSYS (RELiability of SYStems) which computes the system reliability of any structure which can be modeled as a series-parallel combination of its components. A first-order method is used to initially compute the reliability of each individual component. The system reliability is computed by successively reducing the series and parallel systems until the system has been simplified to a single equivalent component. Equivalent alpha vectors are used to account for the correlation between failure modes during the system reduction process.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.102-109
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2001
In order to take account of the statistical properties of probability variables used in the structural analysis, the conventional approach using the safety factor based on past experience usually estimated the safety of a structure. The real structures could only be analyzed with the error in estimation of loads, material characters and the dimensions of the members. But the errors should be considered systematically in the structural analysis. Structural safety could not precisely be appraised by the traditional structural design concept. Recently, new approach based on the probability concept has been applied to the assessment of structural safety using the reliability concept. Thus, the computer program by the Probabilistic FEM is developed by incorporating the probabilistic concept into the conventional FEM method. This paper estimated for the reliability of a plane stress structure by Advanced First-Order Second Moment method using von Mises, Tresca and Mohr-Coulomb failure criterions. The reliability index and failure probability of attained by the Monte Carlo Simulation method with the von Mises criterion were same as PFEM, but the Monte Carlo Simulation were very time-consuming. The variance of member thickness and load could influence the reliability and failure probability most sensitively among the design variables from the results of the parameter analysis. And proper failure criterion must be used to design safely.
This study proposes a Load Factors-based Analysis Model of Optimum Reliability for the High way bridge, which is most common type of structural design, and also proposes the theoretical bases of optimum nominal safety factors as well as optimum load and resistance factors based on the expected total cost minimization. Major 2nd moment reliability analysis and design theories including both MFOSM(Mean First Order 2nd Moment) Methods and AFOSM(Advanced First Order 2nd Moment) Methods are summarized and compared, and it has been found that Lind-Hasofer's approximate and an approximate Log-normal type reliability for mula are well suited for the proposed optimum reliability study.
A new dynamic reliability analysis of structure under repeated random loads is proposed in this paper. The proposed method is developed based on the idea that the probability density of several times random loads can be derived from the probability density of single-time random load. The reliability prediction models of structure based on time responses under several times random loads with and without strength degradation are obtained by using the stress-strength interference theory and probability density evolution method. The resulting differential equations in the prediction models can be solved by using the forward finite difference method. Then, the probability density functions of strength redundancy of the structures can be obtained. Finally, the structural dynamic reliability can be calculated using integral method. The efficiency of the proposed method is demonstrated numerically through a speed reducer. The results have shown that the proposed method is practicable, feasible and gives reasonably accurate prediction.
This paper presents seismic performance and reliability evaluation on steel-timber hybrid shear wall systems composed of steel moment resisting frames and infill light frame wood shear walls. Based on experimental observations, damage assessment was conducted to determine the appropriate damage-related performance objectives for the hybrid shear wall systems. Incremental time-history dynamic analyses were conducted to establish a database of seismic responses for the hybrid systems with various structural configurations. The associated reliability indices and failure probabilities were calculated by two reliability methods (i.e., fragility analysis and response surface method). Both methods yielded similar estimations of failure probabilities. This study indicated the greatly improved seismic performance of the steel-timber hybrid shear wall systems with stronger infill wood shear walls. From a probabilistic perspective, the presented results give some insights on quantifying the seismic performance of the hybrid system under different seismic hazard levels. The reliability-based approaches also serve as efficient tools to assess the performance-based seismic design methodology and calibration of relative code provisions for the proposed steel-timber hybrid shear wall systems.
The fatigue-induced sequential failure of a structure having structural redundancy requires system-level analysis to account for stress redistribution. System reliability-based design optimization (SRBDO) for preventing fatigue-initiated structural failure is numerically costly owing to the inclusion of probabilistic constraints. This study incorporates the Branch-and-Bound method employing system reliability Bounds (termed the B3 method), a failure-path structural system reliability analysis approach, with a metaheuristic optimization algorithm, namely grey wolf optimization (GWO), to obtain the optimal design of structures under fatigue-induced system failure. To further improve the efficiency of this new optimization framework, an additional bounding rule is proposed in the context of SRBDO against fatigue using the B3 method. To demonstrate the proposed method, it is applied to complex problems, a multilayer Daniels system and a three-dimensional tripod jacket structure. The system failure probability of the optimal design is confirmed to be below the target threshold and verified using Monte Carlo simulation. At earlier stages of the optimization, a smaller number of limit-state function evaluation is required, which increases the efficiency. In addition, the proposed method can allocate limited materials throughout the structure optimally so that the optimally-designed structure has a relatively large number of failure paths with similar failure probability.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.04a
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pp.73-81
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1995
In Korea, the pilot construction of the first high-speed railroad on the Seoul-Pusan has already started 2 years ago. In the thesis, an attempt is made to develop reliability-based integrity-assessment models for the computer-aided control and maintenance of high-speed railroad bridges. The strength limit state models for PC railroad bridges encompass the bending and shear strengths as well as the strength interaction equations which simultaneously take into the element and system reliablities of the proposed limit states and reliability models. Then, the actual load carrying capacity and the realistic safety of bridges are evaluated using the system reliability-based equivalent strength, and the results are compared with those of the element reliability-based or conventional methods. Various parametric studies are performed for the proposed reliability-based safety and integrity-assessment models using the actual PC box girder bridges used in the pilot construction. And the sensitivity analyses are performed for the basic random variables included in strength limit state models. It is concluded that proposed models may be practically applied for the rational assessment of safety and integrity of high speed railroad bridges.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.425-431
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2001
In order to take account of the statistical properties of probability variables used in the structural analysis, the conventional approach using the safety factor based on past experience usually estimated the safety of a structure. The real structures could only be analyzed with the error in estimation of loads, material characters and the dimensions of the members. But the errors should be considered systematically in the structural analysis. Structural safety could not precisely be appraised by the traditional structural design concept. Recently, new approach based on the probability concept has been applied to the assessment of structural safety using the reliability concept. In this study, safety of structures will estimated by the reliability analysis with commercial structural software that has the tools of nonlinear elastic-plastic 3-D analysis. Experimental test result is compared to results from this research and Coan/sup 1)/ In this paper, AFOSM(Advanced First-Order Second Moment method) is applied with von Mises, Tresca and Mohr-Coulomb failure criterions. The reliability index β and probability of failure P/sub f/ can be obtained by following this practical procedure as judgement a safety of structures and necessity of reinforcing.
In structural reliability analysis, the response surface method is widely adopted because of its numerical efficiency. It should be understood that the response function must approximate the actual limit state function accurately in the main region influencing failure probability where it is evaluated. However, the size of main region influencing failure probability was not defined clearly in current response surface methods. In this study, the concept of sub-region of interest is constructed, and an improved response surface method is proposed based on the sub-region of interest. The sub-region of interest can clearly define the size of main region influencing failure probability, so that the accuracy of the evaluation of failure probability is increased. Some examples are introduced to demonstrate the efficiency and the accuracy of the proposed method for both numerical and implicit limit state functions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.602-607
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2008
A technique for reliability-based design optimization(RBDO) is developed based on the Bayesian approach, which can deal with the epistemic uncertainty arising due to the limited number of data. Until recently, the conventional RBDO was implemented mostly by assuming the uncertainty as aleatory which means the statistical properties are completely known. In practice, however, this is not the case due to the insufficient data for estimating the statistical information, which makes the existing RBDO methods less useful. In this study, a Bayesian reliability is introduced to take account of the epistemic uncertainty, which is defined as the lower confidence bound of the probability distribution of the original reliability. In this case, the Bayesian reliability requires double loop of the conventional reliability analyses, which can be computationally expensive. Kriging based dimension reduction method(KDRM), which is a new efficient tool for the reliability analysis, is employed to this end. The proposed method is illustrated using a couple of numerical examples.
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