大跨度鋼桁架拱橋結構可靠性優(yōu)化設計方法研究結題摘要

結構優(yōu)化設計是從符合結構使用功能要求并滿足結構強度、穩(wěn)定性和剛度的所有可行設計中，相對設計者預定的標準，找出的最優(yōu)方案，它使得設計者由被動的分析轉變?yōu)橹鲃拥脑O計控制。目前，絕大部分的結構優(yōu)化設計研究均是基于確定性結構參數(shù)。顯然，此類優(yōu)化設計無法反映出結構參數(shù)的隨機性對結構設計結果的影響。本項目以最小結構用鋼量為目標函數(shù)，研究基于可靠性約束的大跨度鋼桁架拱橋結構尺寸優(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神經網絡、均勻設計法及PCM算法的優(yōu)點，可以精確方便地對橋梁結構系統(tǒng)可靠度進行分析。將神經網絡、可靠度分析法和傳統(tǒng)遺傳算法各自的優(yōu)點相結合，建立了大跨度鋼桁架拱橋結構可靠度性優(yōu)化設計實用算法。研發(fā)了大跨度鋼桁架拱橋結構可靠性優(yōu)化設計程序，并結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構優(yōu)化分析，證明了所建立的結構可靠性優(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構優(yōu)化分析中推廣該方法與程序奠定了良好的基礎。這些研究成果克服了目前優(yōu)化設計方法的理論缺陷，全面考慮了結構中存在的各種不確定因素，為經濟合理設計大跨度鋼桁架拱橋提供理論依據(jù)。

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

譯 者 序　現(xiàn)在奉獻給讀者的《結構可靠性設計》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喬治·W.伍德拉夫機械工程學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。

這是一本關于結構系統(tǒng)可靠性分析及優(yōu)化設計方法的專業(yè)書籍。本書系統(tǒng)、深入地論述了結構可靠性設計與優(yōu)化方法，并提出了針對復雜系統(tǒng)可靠性設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習結構可靠性分析與設計、可靠性優(yōu)化等理論知識。同樣，本書對于工程師、研究人員以及技術管理人員學習可靠性分析與優(yōu)化理論基礎、計算實現(xiàn)以及應用概率分析和設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)結構強度及疲勞壽命可靠性分析、結構優(yōu)化設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的可靠性分析及優(yōu)化設計方法，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苑士華教授和清華大學李克強教授的鼓勵與指導，譯者深表感謝?！糐P 1〗　裝甲兵工程學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。

內容簡介

本書系統(tǒng)地介紹工程結構可靠性的理論基礎、基本原理、分析方法及其工程應用。主要內容包括：影響結構可靠性的不確定性；結構可靠性數(shù)學基礎；結構可靠性基本原理；結構可靠性分析方法；結構體系可靠度；荷載和抗力的統(tǒng)計分析以及結構可靠性理論在設計規(guī)范中的應用與研究進展等。 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、結構工程、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參考書，也可供有關專業(yè)科研人員、技術人員和管理人員參考。

《土木工程研究生系列教材·工程結構可靠性設計原理》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構可靠性設計原理》共八章及兩個附錄。主要內容為緒論，結構可靠性的基本概念和原理，結構可靠度的計算方法，結構上的作用和作用效應，結構及結構構件的抗力，結構可靠度校準及極限狀態(tài)設計，結構的穩(wěn)健性與抗連續(xù)倒塌設計及既有結構可靠性評估。附錄A 給出了有關結構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。