大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計方法研究

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是從符合結(jié)構(gòu)使用功能要求并滿足結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性和剛度的所有可行設(shè)計中，相對設(shè)計者預(yù)定的標準，找出的最優(yōu)方案，它使得設(shè)計者由被動的分析轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥脑O(shè)計控制。目前，絕大部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究均是基于確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)。顯然，此類優(yōu)化設(shè)計無法反映出結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機性對結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的影響。本項目以最小結(jié)構(gòu)用鋼量為目標函數(shù)，研究基于可靠性約束的大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化問題。具體研究成果包括：建立了大跨度鋼桁架拱橋可靠度優(yōu)化模型；提出了大跨度鋼桁架拱橋系統(tǒng)可靠度分析的混合方法。該方法融合了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、均勻設(shè)計法及PCM算法的優(yōu)點，可以精確方便地對橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度進行分析。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、可靠度分析法和傳統(tǒng)遺傳算法各自的優(yōu)點相結(jié)合，建立了大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)可靠度性優(yōu)化設(shè)計實用算法。研發(fā)了大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計程序，并結(jié)合算例驗證了程序的正確性和有效性。以重慶朝天門大橋(主跨552m鋼桁架拱橋)為例進行了基于可靠度的大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，證明了所建立的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化分析方法和開發(fā)的程序的實用性，為今后在基于可靠度的橋梁工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析中推廣該方法與程序奠定了良好的基礎(chǔ)。這些研究成果克服了目前優(yōu)化設(shè)計方法的理論缺陷，全面考慮了結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定因素，為經(jīng)濟合理設(shè)計大跨度鋼桁架拱橋提供理論依據(jù)。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是從符合結(jié)構(gòu)使用功能要求并滿足結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性和剛度的所有可行設(shè)計中，相對設(shè)計者預(yù)定的標準，找出的最優(yōu)方案，它使得設(shè)計者由被動的分析轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥脑O(shè)計控制。目前，絕大部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究均是基于確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)。顯然，此類優(yōu)化設(shè)計無法反映出結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機性對結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的影響。本項目以最小結(jié)構(gòu)用鋼量為目標函數(shù)，研究基于可靠性約束的大跨度鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化問題。通過將均勻設(shè)計法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合，建立大跨度桁架拱橋結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計新方法。本項目涉及工程結(jié)構(gòu)學(xué)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)可靠性理論等多個學(xué)科，是對目前確定性優(yōu)化設(shè)計方法的突破，研究成果將克服目前優(yōu)化設(shè)計方法的理論缺陷，全面考慮結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定因素，為經(jīng)濟合理設(shè)計大跨度鋼桁架拱橋提供理論依據(jù)；同時，促進學(xué)科間的交融，推動結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計方法向更廣的領(lǐng)域發(fā)展。

譯 者 序　現(xiàn)在奉獻給讀者的《結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計》一書是根據(jù)《Reliability-based Structural Design》（2010年版）翻譯的。原書作者是美國佐治亞理工大學(xué)喬治·W.伍德拉夫機械工程學(xué)院副教授崔勝謙等人，這是他們增刪多次后最新的一部力作。

這是一本關(guān)于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計方法的專業(yè)書籍。本書系統(tǒng)、深入地論述了結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計與優(yōu)化方法，并提出了針對復(fù)雜系統(tǒng)可靠性設(shè)計問題的高效計算方法。全書特別注重理論與實際的緊密結(jié)合，書中介紹了多樣化的工程計算實例，并給出了詳細的計算過程，便于讀者更加深刻地理解理論方法。因此，本書非常適合本科生和研究生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)可靠性分析與設(shè)計、可靠性優(yōu)化等理論知識。同樣，本書對于工程師、研究人員以及技術(shù)管理人員學(xué)習(xí)可靠性分析與優(yōu)化理論基礎(chǔ)、計算實現(xiàn)以及應(yīng)用概率分析和設(shè)計解決工程實際問題，也具有重要的參考價值。

譯者在從事車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度及疲勞壽命可靠性分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面的研究工作中發(fā)現(xiàn)，一種準確高效的可靠性分析方法對于解決復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性問題具有非常重要的意義。本書提出了基于隨機擴展技術(shù)的可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計方法，并通過計算實例驗證了這些方法的準確程度及計算效率，從而能夠有效解決復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性計算問題。希望本書的出版能夠給予從事相關(guān)研究的人員以啟迪。

本書的完成首先要感謝裝備科技譯著出版基金的資助，如果沒有基金的資助，作者無法開展著作的翻譯工作。本書翻譯過程中，得到了北京理工大學(xué)苑士華教授和清華大學(xué)李克強教授的鼓勵與指導(dǎo)，譯者深表感謝。〖JP 1〗　裝甲兵工程學(xué)院機械工程系洪煌杰、李建陽、王欽龍、韓立軍、栗浩展、李同飛等研究生參與了本書的翻譯工作。裝甲兵工程學(xué)院王紅巖教授、高連華教授認真審閱了全文譯稿，提〖JP 2〗出了不少改進意見。裝甲兵工程學(xué)院王良曦教授對本書譯稿提出了許多寶貴的修改意見和建議，他們對本書傾注的熱情和支持令人感動。同時，譯者對裝甲兵工程學(xué)院郝娜老師以及國防工業(yè)出版社馮晨編輯在裝備科技譯著出版基金申請及本書出版過程中給予的支持與幫助表示由衷的感謝?！糐P〗　譯者對原著印刷方面的錯誤，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便予以糾正而不加說明。譯文不妥之處在所難免，誠請讀者指正。

內(nèi)容簡介

本書系統(tǒng)地介紹工程結(jié)構(gòu)可靠性的理論基礎(chǔ)、基本原理、分析方法及其工程應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：影響結(jié)構(gòu)可靠性的不確定性；結(jié)構(gòu)可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)可靠性基本原理；結(jié)構(gòu)可靠性分析方法；結(jié)構(gòu)體系可靠度；荷載和抗力的統(tǒng)計分析以及結(jié)構(gòu)可靠性理論在設(shè)計規(guī)范中的應(yīng)用與研究進展等。 本書按教材形式編寫，并配有大量的例題，可作為高等院校工業(yè)與民用建筑、結(jié)構(gòu)工程、水利工程、港口工程、公路與橋梁工程專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)參考書，也可供有關(guān)專業(yè)科研人員、技術(shù)人員和管理人員參考。

《土木工程研究生系列教材·工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計原理》是土木工程研究生系列教材之一?！锻聊竟こ萄芯可盗薪滩摹すこ探Y(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計原理》共八章及兩個附錄。主要內(nèi)容為緒論，結(jié)構(gòu)可靠性的基本概念和原理，結(jié)構(gòu)可靠度的計算方法，結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力，結(jié)構(gòu)可靠度校準及極限狀態(tài)設(shè)計，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性與抗連續(xù)倒塌設(shè)計及既有結(jié)構(gòu)可靠性評估。附錄A 給出了有關(guān)結(jié)構(gòu)可靠性的一些中英文名詞對照，附錄B簡要回顧了概率論與數(shù)理統(tǒng)計的基本概念。