概率密度演化方法地下結構可靠度分析

詳細闡述了結構可靠度計算方法,對一次二階矩法中的中心點法、hl法、jc法、幾何法,二次二階矩法,響應面法,蒙特卡羅法,基于最優(yōu)化原理的蒙特卡羅法的計算方法進行了分析;同時對四種常用的方法jc法、幾何法、二次二階矩法、基于最優(yōu)化原理的蒙特卡羅法,根據(jù)影響其結果精度的因素,以直接的蒙特卡羅法的結果為標準解,對其結果進行了對比分析。

目前結構可靠度的計算問題一直是土木界研究的熱點,本文介紹了傳統(tǒng)的精確計算可靠度的jc法的計算思路及步驟。推出了用matlab編程工具來實現(xiàn),舉例運行結果,速度上有很大的提高,可以廣泛的應用于工程實際。

一次二階矩方法是傳統(tǒng)的可靠度方法，其精度受到驗算點處極限狀態(tài)方程非線形程度影響，將功能函數(shù)泰勒展開至二次項，形成二次二階矩方法可提高可靠度精度，考慮驗算點法在計算時要求進行不斷迭代，為此在滿足設計精度要求的前提下，提出不需迭代的一次性設計點直接進行可靠度計算，從而大大減少計算工作量，對結構在整個使用期內(nèi)可靠度風險性隨機預測，基于灰色理論，建立gm優(yōu)化模型，求出結構時變可靠度。

針對傳統(tǒng)復雜水工結構可靠度分析方法的局限性,提出了結構可靠度分析的高斯過程重要抽樣方法。通過高斯過程機器學習方法實現(xiàn)結構功能函數(shù)及其偏導數(shù)的顯式表達,進而結合傳統(tǒng)重要抽樣法計算結構的失效概率與可靠指標。實例驗證了方法的可行性,與傳統(tǒng)方法相比較,高斯過程重要抽樣方法具有計算精度高、計算效率高和參數(shù)自適應化等優(yōu)點。

對功能函數(shù)不能明確表達的可靠度分析問題,常采用響應面法。本文提出把響應面區(qū)分為局部響應面和全局響應面。常用的二次多項式響應面及常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡響應面均屬于局部響應面,其僅在驗算點附近(±σ)處與真實極限狀態(tài)曲面符合較好。本文提出的全局神經(jīng)網(wǎng)絡及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡響應面、改進全局神經(jīng)網(wǎng)絡及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡響應面則屬于全局響應面,其在全局范圍均與真實極限狀態(tài)曲面符合良好,故其對全局有較好預測效果。文中對以上各種響應面法計算效果及其對全局預測效果通過算例進行了對比分析,其中改進全局神經(jīng)網(wǎng)絡及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法計算精度較好,進行有限元分析次數(shù)最少,該方法用于大型復雜結構的可靠度分析,可相應提高工作效率和解題質(zhì)量。

簡述了高拱壩安全評價中可靠度與失效概率研究的現(xiàn)狀及存在問題;分析了高拱壩的主要失效模式,建立了高拱壩系統(tǒng)失效的故障樹模型;研究了高拱壩失效相關主要隨機變量的分布規(guī)律及特征值計算方法;探索應用jc法計算高拱壩單個失效模式的失效概率;研究了具有多個失效模式的高拱壩系統(tǒng)失效概率的計算方法;計算了某一高拱壩的失效概率。

根據(jù)可靠度指標β的幾何定義,運用具有全局優(yōu)化能力的改進遺傳算法,提出一種新的結構可靠度通用計算方法。針對可靠度幾何優(yōu)化模型搜索區(qū)域大而可行區(qū)域小的特點,在可靠區(qū)域和失效區(qū)域分別產(chǎn)生初始種群,在兩種群之間通過不斷迭代的二分法,使二分點不斷接近極限狀態(tài)曲面(線),從而產(chǎn)生可行解。對可行解進行選擇、交叉、變異,最后求出全局最優(yōu)解。該方法不需要使用結構功能函數(shù)的偏導數(shù),對于功能函數(shù)不能明確表達的可靠度問題尤為適用;對于功能函數(shù)可以明確表達但求導復雜的問題,可省去求導過程;可任意設定初始值,且不受結構功能函數(shù)凹凸性的限制;通過算例驗證,所提方法具有較高的精度和效率。

闡述了施工可靠度和結構可靠度的基本概念,確定了jc法用于橋梁施工可靠度分析的基本方法。以裝配式簡支梁橋可靠性評估為例,給出了具體方法和過程,通過matlab軟件計算施工可靠指標,進行參數(shù)敏感性分析,對施工控制有一定指導意義。

一般來說,水工結構在設計基準期內(nèi),必須滿足下列各項功能要求:一是在正常施工和正常使用時,能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用。二是在正常使用時,具有設計規(guī)定的工作性能。三是在正常維護下,具有設計規(guī)定的耐久性。四是在出現(xiàn)預定的偶然作用時,主體結構仍能保持必需的穩(wěn)定性。以上4項總稱水工結構的可靠性。因此,水工結構的可靠性可以明確定義為:在規(guī)定時間內(nèi),規(guī)定條件下,水工結構完成預定功能的能力。

對地下施工結構可靠性理論進行了初步研究,并應用于潤揚大橋北錨碇基坑地下施工結構,取得一定的經(jīng)濟效益,同時又保證了結構的安全施工。

介紹了基于兩種計算模式下地下結構工程可靠度研究特點,并分析了當前研究方法的進展,包括響應面法、隨機有限元法、模糊判別法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、耗散結構理論等,提出地下結構工程可靠度分析的廣闊前景。

對于實際工程,往往不能明確功能函數(shù)。本文通過響應面法來模擬實際工程的功能函數(shù)。再結合form法,可直接應用現(xiàn)用的結構分析軟件,對結構進行可靠度分析。

隨著水工結構復雜性的提升，傳統(tǒng)的水工結構設計已經(jīng)無法滿足人們對水工結構可靠度設計的要求。本文從水工結構設計的發(fā)展入手，對水工結構可靠度設計的方法進行研究，并對水工結構可靠度設計方法推廣過程中存在的問題進行分析。

針對由地基不均勻沉降引起的建筑結構變形和裂縫,利用有限元軟件對建筑結構可靠度進行了數(shù)值模擬分析,并通過與實測結果進行對比,論證了該結構的穩(wěn)定性,具有一定的工程參考價值。

在實際工程結構的可靠度分析中,極限功能函數(shù)通常很難用明確的表達式表達,響應面法因其自身的優(yōu)點得到了廣泛的應用.為進一步提高求解效率,提出了一種改進措施,在迭代求解過程中,不同于通常的每次都在插值點處展開2n+1個樣本點,而是用插值點逐步替代距離極限狀態(tài)曲面最遠的點,直至收斂到給定的精度要求.通過算例進行的對比分析證明,改進的響應面法在沒有降低計算精度的前提下,使有限元分析次數(shù)顯著減少.該方法尤其適用于大型復雜結構的可靠度分析.

在以響應面法分析結構可靠度中,提出了一種區(qū)別于通常以插值點為中心展開生成樣本點組的新方法:在求解過程中,用插值點逐步替代初始樣本點組中距離驗算點較遠的點,目的是使所選取的樣本點集中于真實極限狀態(tài)曲面上的驗算點附近,重新構成下一輪迭代所需的一組樣本點,直至滿足收斂條件。算例表明,采用新方法可使結構的分析次數(shù)顯著減少,并改善了對非線性程度較高的極限功能函數(shù)求解可靠指標的收斂性。同時,將該方法應用于一座擬建自錨式斜拉-懸吊體系橋正常使用極限狀態(tài)下的可靠度分析中。

一般響應面方法由于逼近的是功能函數(shù)而非極限狀態(tài)方程,因而精度有時不高。為克服此不足,提出一種極限狀態(tài)響應面法。該方法利用位于極限狀態(tài)曲面上的樣本點來重構結構的極限狀態(tài)方程,因而模擬出的極限狀態(tài)曲面精度較高。由此提出一種算法,通過逐步修正求解得到的設計點以實現(xiàn)在設計點附近較高精度地逼近結構真實極限狀態(tài)方程。該方法同時克服了重構極限承載力曲面方法不能適用多個荷載隨機變量的缺點。數(shù)值算例表明該方法具有較高的精度,適用范圍廣,而且所需樣本點數(shù)量少。

響應面法可以應用于大型復雜結構隱式極限狀態(tài)方程的可靠性分析,然而至今可靠度響應面法的計算精度仍是未完全得以解決的問題。本文分析了響應面法計算結構可靠度的實質(zhì),指出了已有可靠度響應面法研究中存在的認識誤區(qū),并揭示了可靠度響應面法計算誤差的真正原因。在此基礎上,提出了改進響應面法用以解決傳統(tǒng)響應面法收斂失敗和計算誤差大的問題,算例結果證實了所提方法的有效性與精度。最后,指出了可靠度響應面法的進一步研究方向。

介紹了響應面法的基本思想,并分析了用單面響應面法計算結構可靠度中存在的精度問題,提出了改進的單面響應面法;同時通過算例與其他方法進行了對比分析,結果表明,改進的單面響應面法不僅不會增加計算的數(shù)學難度,又能提高計算的精度。

聚乙烯基木塑結構板材作為彈藥箱包裝材料,為了其使用安全性,研究了其可靠性。通過試驗獲得了其動態(tài)彈性模量和靜態(tài)彈性模量,并運用一次二階矩方法分析了該種木塑結構板材的可靠性。結果表明:密度大的木塑結構板材可靠性較高,而密度小的木塑結構板材可靠性較低。為木塑結構板材的廣泛應用提供了合理依據(jù)。

新規(guī)范對建筑結構可靠度的調(diào)整 史志華 根據(jù)建設部對標準規(guī)范的制(修)訂計劃，我 國已陸續(xù)對20世紀80年代編制完成的一批建筑結 構標準規(guī)范進行了修訂，它們將在2l世紀初我國 建筑結構領域中發(fā)揮重要作用。在上述標準規(guī)范的 修訂過程中．學術界展開了對建筑結構可靠度問韙 的討論，引起了建設部有關領導的高度重視。1999 年7月建設部在京召開了“建筑結構設計可靠度會 議”，這次會議確定了對建筑結構可靠度作適當調(diào) 整．總體提高一點的方針，明確了可靠度調(diào)整的政 策方向。為貫徹會議精神，新修訂完成的《建筑結 構可靠度設計統(tǒng)一標準》(簡稱《統(tǒng)一標準》)、《建 筑結構荷載規(guī)范)(簡稱《荷載規(guī)范))以及正在修 訂的(混凝土結構設計規(guī)范)、《砌體結構設計規(guī) 范)等對其原標準有關可靠度的規(guī)定進行了調(diào)整： 一 、在《統(tǒng)一標準)的表3．0．11中，取消了 原

介紹了概率隨機可靠度計算理論中改進的一次二階矩法及可靠度反問題計算理論。以一軟巖巷道穩(wěn)定可靠度的問題為例,應用可靠度反問題分析方法作了參數(shù)的計算,并對結果進行分析,表明該方法對地下軟巖工程中設計參數(shù)的控制具有指導作用。