混凝土結(jié)構(gòu)隨機(jī)動(dòng)力分析方法及動(dòng)力可靠度研究

用瞬時(shí)最小勢(shì)能原理和小參數(shù)攝動(dòng)法，建立了隨機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析變分列式；完成了基于頻率展開(kāi)和二次特征值模態(tài)綜合及動(dòng)約束模態(tài)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)有限元法計(jì)算列式；完成了求解隨機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)和自振頻率統(tǒng)計(jì)特征的隨機(jī)加權(quán)殘值法計(jì)算列式；完成了基于Neumann級(jí)數(shù)展開(kāi)的動(dòng)力分析隨機(jī)有限元法計(jì)算列式；建立了混凝土結(jié)構(gòu)體系“分離的桿件一維隨機(jī)場(chǎng)局部平均模型”和“分離的中面二維隨機(jī)場(chǎng)局部平均模型”；考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)、地震作用和結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性，用一次二階矩法建立了基于變形限值的混凝土結(jié)構(gòu)地震可靠度評(píng)估的隨機(jī)模型；用三角形平殼單元分析圓柱壓力容器的隨機(jī)動(dòng)力響應(yīng)，導(dǎo)出了壓力容器在正常使用極限狀態(tài)下的動(dòng)力可靠度計(jì)算列式。

項(xiàng)目的研究對(duì)象為隨機(jī)動(dòng)力荷載激勵(lì)下建筑結(jié)構(gòu)的基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容包括：(1) 線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析。其中的不確定性來(lái)源綜合考慮外界隨機(jī)動(dòng)力荷載和結(jié)構(gòu)模型參數(shù)失真；(2)模擬退火算法及子空間模擬法在研究對(duì)象中的應(yīng)用及比較。作為全局優(yōu)化方法，模擬退火優(yōu)化算法將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為根據(jù)構(gòu)造的概率密度函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)取樣的問(wèn)題，而子空間模擬法將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在一系列逐漸收縮且靠近全局最優(yōu)解的空間區(qū)域中隨機(jī)取樣的問(wèn)題。項(xiàng)目通計(jì)劃通過(guò)計(jì)算實(shí)例應(yīng)用，比較兩種方法在涉及設(shè)計(jì)變量較多情況下的性能。(3)基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)中計(jì)算成本的控制研究。為降低計(jì)算成本，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算效率，項(xiàng)目計(jì)劃考察極大可能區(qū)間的思想：即根據(jù)可靠度分析估計(jì)的安全失效概率及其變異系數(shù)，估計(jì)備選設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)安全失效概率所在的極大可能區(qū)間。針對(duì)備選設(shè)計(jì)進(jìn)行的可靠度分析所需的最低計(jì)算成本需使容許安全失效概率在其提供的極大可能區(qū)間之外。

項(xiàng)目針對(duì)隨機(jī)動(dòng)力荷載激勵(lì)下建筑結(jié)構(gòu)的基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。建筑結(jié)構(gòu)的基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供了一種兼顧結(jié)構(gòu)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性的科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。其一方面將概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用可靠度或失效概率，科學(xué)和定量地衡量結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)得到保證的可靠程度；另一方面力求以最低費(fèi)用滿足結(jié)構(gòu)的性能要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 項(xiàng)目的研究成果主要有：（1）針對(duì)隨機(jī)動(dòng)力荷載激勵(lì)下線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了基于過(guò)渡馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法的全局優(yōu)化算法。通過(guò)在滿足所有約束條件的決策變量的可行域上構(gòu)造合適的概率密度函數(shù)，原始的優(yōu)化問(wèn)題可轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)構(gòu)造的概率密度函數(shù)取樣的問(wèn)題。研究采用過(guò)渡馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法解決取樣問(wèn)題，以確保馬爾可夫鏈的狀態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)概率分布較快地到達(dá)要求的概率分布。同時(shí)，研究采用區(qū)域分解法來(lái)估計(jì)備選決策變量的可靠度，以檢驗(yàn)其是否滿足可靠度約束條件，即其對(duì)應(yīng)的失效概率是否小于要求的限值。為提高優(yōu)化算法的計(jì)算效率，研究提出“最小計(jì)算成本”的概念，即針對(duì)備選決策變量的可靠度分析的計(jì)算成本，只需確?？煽慷燃s束條件的檢驗(yàn)結(jié)果可靠即可。提出的基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)算法通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，具備較好的性能。（2）針對(duì)隨機(jī)風(fēng)荷載激勵(lì)下線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的首次穿越可靠度問(wèn)題，提出了高效數(shù)值模擬算法。研究從該可靠度問(wèn)題對(duì)應(yīng)的失效區(qū)域的幾何分析入手，發(fā)現(xiàn)整體失效區(qū)域可由一系列高維二次基本失效區(qū)域的并集表示，且基本失效區(qū)域間存在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。同時(shí)，基于梯度投影法，提出了高維二次基本失效區(qū)域設(shè)計(jì)點(diǎn)的求解算法，并以此改進(jìn)了之前提出的針對(duì)首次穿越可靠度問(wèn)題的數(shù)值模擬算法。改進(jìn)的數(shù)值模擬算法的精度和提高的計(jì)算效率，通過(guò)實(shí)例得到了驗(yàn)證。 2100433B

目 錄

前 言

一、總 論

地基工程可靠度分析的一般理論（總報(bào)告）

關(guān)于巖土工程的可靠度問(wèn)題

地基基礎(chǔ)工程標(biāo)準(zhǔn)化與概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則

土體及巖體工程可靠度分析問(wèn)題

談巖土工程概率分析法中的若干基本問(wèn)題

二、土的概率特性及土性隨機(jī)場(chǎng)模型

巖土工程可靠度分析中的土性隨機(jī)場(chǎng)模型

隨機(jī)場(chǎng)相關(guān)尺度的存在條件及土性相關(guān)函數(shù)模型的探討

土性相關(guān)距離和相關(guān)范圍的研究及其計(jì)算方法的探討

樁基承載力參數(shù)估計(jì)的隨機(jī)場(chǎng)模型

土層相關(guān)距離計(jì)算的試算擬合法

對(duì)計(jì)算土性相關(guān)距離的討論

深圳機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道地基土性相關(guān)距離的分析

地基土參數(shù)的空間變異性及其相互關(guān)系

三、地基工程可靠度分析方法及其應(yīng)用

土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析方法探討

土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用

改進(jìn)JC法及其在土工可靠度計(jì)算中的應(yīng)用

隨機(jī)場(chǎng)理論在重力式碼頭地基承載力計(jì)算中的應(yīng)用

應(yīng)用隨機(jī)場(chǎng)理論分析大港碼頭堆場(chǎng)區(qū)地基承載力的可靠度

新沙港試驗(yàn)路堤地基承載力的可靠度分析

豎向荷載下單樁承載力的概率評(píng)估

土坡逐漸破壞的概率計(jì)算

擋土墻的可靠度分析

關(guān)于孔間地質(zhì)隨機(jī)特征的統(tǒng)計(jì)推斷

三峽二期上游圍堰滲透研究及其地質(zhì)資料的概率分析方法在滲透研究中的應(yīng)用

多層地基沉降的概率分析

四、關(guān)于地基可靠度分析方法的建議

關(guān)于地基可靠度分析方法的建議

附錄：可靠度計(jì)算程序框圖

參考文獻(xiàn)

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