模擬退火算法在橋梁結(jié)構(gòu)可靠度分析中應(yīng)用

現(xiàn)今橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算的方法有很多,但是大多數(shù)都只是關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)不變可靠度的,所謂的時(shí)變可靠度的計(jì)算,是針對(duì)結(jié)構(gòu)抗力在基準(zhǔn)期內(nèi)是否發(fā)生變化的一種稱謂。一旦涉及抗力的衰減,橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度的計(jì)算分析過(guò)程就更加復(fù)雜起來(lái)了,令很多初學(xué)者難以理清思路,因此本文介紹了橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度的計(jì)算分析過(guò)程,以供參考。

闡述了施工可靠度和結(jié)構(gòu)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(jiǎn)支梁橋可靠性評(píng)估為例,給出了具體方法和過(guò)程,通過(guò)matlab軟件計(jì)算施工可靠指標(biāo),進(jìn)行參數(shù)敏感性分析,對(duì)施工控制有一定指導(dǎo)意義。

安全投資決策是安全生產(chǎn)決策的重要內(nèi)容。企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全投資,是生產(chǎn)成本的組成部分,合理地安排投資項(xiàng)目,可以最大限度地提高企業(yè)的安全效果和經(jīng)濟(jì)效益。本文在分析安全投資決策問題的基礎(chǔ)上,針對(duì)問題優(yōu)化模型,設(shè)計(jì)了帶有精英保留策略的模擬退火算法,并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化求解,結(jié)果表明模擬退火算法在解決安全投資決策問題上能夠得到比較優(yōu)化的方案,從而為求解安全投資決策問題提供了新的途徑。

鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)可靠度分析中存在著模糊性問題,計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的傳統(tǒng)方法沒有考慮結(jié)構(gòu)的模糊性問題.將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算,用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)造模糊系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)輸入、輸出隸屬函數(shù)的自動(dòng)調(diào)整,并給出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的步驟.最后通過(guò)兩個(gè)算例來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度,計(jì)算結(jié)果表明,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算結(jié)果與jc法計(jì)算結(jié)果比較接近,該方法可以用于橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度計(jì)算,特別是可用于功能函數(shù)不能顯示表達(dá)的可靠度計(jì)算.該方法的缺點(diǎn)是計(jì)算用時(shí)稍長(zhǎng)以及訓(xùn)練、檢驗(yàn)樣本的來(lái)源存在問題.

簡(jiǎn)要介紹了sa算法的形成、優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用范圍等基本情況,具體闡述了sa算法在巖土工程中應(yīng)用的理論基礎(chǔ),結(jié)合具體實(shí)例探討了sa算法在巖土工程相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用及研究成果,并得出了有益的結(jié)論和提出相關(guān)建議,以指導(dǎo)實(shí)踐。

對(duì)在役橋梁進(jìn)行剩余價(jià)值分析,對(duì)于路政部門加強(qiáng)橋梁維護(hù)維修、加固甚至新建等決策管理都有實(shí)際意義?；诳煽慷壤碚撎岢隽艘环N折舊方法并用其進(jìn)行剩余價(jià)值計(jì)算,為公共項(xiàng)目建設(shè)宏觀經(jīng)濟(jì)的成本分析提供一種量化的工具。

該文以結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度理論為基礎(chǔ),對(duì)施工期橋梁的失效風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。研究了結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度與施工期橋梁失效保險(xiǎn)費(fèi)率的關(guān)系,推導(dǎo)了施工期橋梁失效保險(xiǎn)費(fèi)率的計(jì)算公式。研究結(jié)果可為橋梁施工和管理以及制定施工期橋梁保險(xiǎn)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

在可靠度理論中,用β來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的可靠性,如果荷載效應(yīng)及抗力均為正態(tài)分布,則結(jié)構(gòu)功能函數(shù)也應(yīng)服從正態(tài)分布規(guī)律,即z=r-sz的平均值為μz=μr-μs,標(biāo)準(zhǔn)差為σ2r+σ2s,則可靠度指標(biāo)為βμzσz=μr-μszσr+σs如圖1所示式(1)中r,s分別為表示作用的抗力及荷載效應(yīng)。σr,σs代表r與的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)z<0,失效率pf=p(z=r-s<0)p為概率。pf=p(z<0)=∫0-∞1σz2π=exp[-(z2σ-2zμz)2]dz(2)令x=zσ-zμz,則dz=σzdx∴pf=∫-μz-σ∞z12πexp(-zx2)dx=φ(-σμzz)=φ(-β)(3)在(3)式中,φ(.)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。如果用恒載(自重+二期恒載)與抗力算出β1,恒載(自重+二期恒載)+車輛荷載(包括沖擊)算出β2,利用β1-β2可以判斷結(jié)構(gòu)維修與加固程度,這就是本文思路所在。但是r與s均需正態(tài)分布,如不服從正態(tài),應(yīng)將參數(shù)換算成為當(dāng)量正態(tài),否則不能做簡(jiǎn)單的加減。荷載與抗力的統(tǒng)一參數(shù)均可取文獻(xiàn)[1]第三章到第五章的科研與科研成果。在抗力計(jì)算中特別是剪力,它與結(jié)構(gòu)的配筋有關(guān),其公式為:qjk=0.008(2m+ρ)rbh+.012μkrgkbh0其公式中符號(hào)代表可見規(guī)范(tjt-023-85),必須指出“建規(guī)”中的qjk與“橋規(guī)”不同,“橋規(guī)”比“建規(guī)”大1.35倍,這是因計(jì)算模式而導(dǎo)致的,不影響計(jì)算結(jié)果。

隨著可靠度理論的發(fā)展與成熟,結(jié)構(gòu)可靠度理論在橋梁工程中的應(yīng)用也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,在各個(gè)方面都有所突破。本文介紹了可靠度理論在橋梁工程中的應(yīng)用,特別介紹了大跨度橋梁風(fēng)振可靠度研究進(jìn)展。

淺議可靠度方法在橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用——闡述了結(jié)構(gòu)可靠度的基本概念，介紹了基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般方法，提出了結(jié)構(gòu)可靠度分析與計(jì)算的一般思路，指明了基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思想以及發(fā)展方向。

一般來(lái)說(shuō),水工結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),必須滿足下列各項(xiàng)功能要求:一是在正常施工和正常使用時(shí),能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用。二是在正常使用時(shí),具有設(shè)計(jì)規(guī)定的工作性能。三是在正常維護(hù)下,具有設(shè)計(jì)規(guī)定的耐久性。四是在出現(xiàn)預(yù)定的偶然作用時(shí),主體結(jié)構(gòu)仍能保持必需的穩(wěn)定性。以上4項(xiàng)總稱水工結(jié)構(gòu)的可靠性。因此,水工結(jié)構(gòu)的可靠性可以明確定義為:在規(guī)定時(shí)間內(nèi),規(guī)定條件下,水工結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的能力。

為了定量地研究大跨橋梁在多種隨機(jī)因素下的可靠度,采用了蒙特卡羅法中的拉丁超立方體抽樣法,對(duì)潤(rùn)揚(yáng)懸索橋(中國(guó)跨度最大的懸索橋)在溫度、風(fēng)、車輛荷載、車輛沖擊等隨機(jī)變量作用下的結(jié)構(gòu)可靠度進(jìn)行了計(jì)算.通過(guò)對(duì)大橋在正常運(yùn)營(yíng)和損傷狀態(tài)下的可靠度分析,獲得了大橋主纜應(yīng)力、吊索應(yīng)力、橋塔位移以及鋼箱梁線形等重要指標(biāo)的可靠度和累積分布函數(shù),分析結(jié)果形象直觀,提高了評(píng)估的效率,使維護(hù)決策的制定更加客觀準(zhǔn)確.

按基于某一限值可靠度的方法對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命進(jìn)行了研究,在介紹了相關(guān)文獻(xiàn)的半經(jīng)驗(yàn)半理論的預(yù)測(cè)方法和基于動(dòng)態(tài)可靠度預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上,對(duì)擬采用維修或加固措施以延長(zhǎng)剩余壽命的橋梁,提出了基于體系可靠度并考慮最優(yōu)維修方案組合的壽命預(yù)測(cè)方法,并建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。研究表明:該方法以橋梁的完整使用周期為研究對(duì)象,從而確定與安全、經(jīng)濟(jì)的維修決策相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)使用壽命,但仍有許多問題需做進(jìn)一步研究。

在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中，傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法由于存在著許多問題而無(wú)法滿足現(xiàn)代化橋梁工程的建設(shè)．并且由于其中存在著諸多不確定性因素，對(duì)橋梁工程的建設(shè)造成了嚴(yán)重的影響，極容易出現(xiàn)安全事故，成脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此我們需要在傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)與優(yōu)化。使其具有可靠性，這樣才能夠保證橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量．充分發(fā)揮橋梁工程的使用功能。

基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估

將遺傳算法(ga)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)引入框架結(jié)構(gòu)可靠度分析,其結(jié)果與jc法的計(jì)算結(jié)果相比較,進(jìn)一步顯示出遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的優(yōu)點(diǎn),為結(jié)構(gòu)可靠度研究提供了新的有效思路和方法。

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

介紹了響應(yīng)面法的基本思想,并分析了用單面響應(yīng)面法計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度中存在的精度問題,提出了改進(jìn)的單面響應(yīng)面法;同時(shí)通過(guò)算例與其他方法進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明,改進(jìn)的單面響應(yīng)面法不僅不會(huì)增加計(jì)算的數(shù)學(xué)難度,又能提高計(jì)算的精度。

基于結(jié)構(gòu)可靠度分析方法—jc法、蒙特卡羅法和響應(yīng)面法的基本原理,利用matlab軟件對(duì)算例編制了相應(yīng)計(jì)算程序,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較.計(jì)算結(jié)果表明,利用matlab可以編制結(jié)構(gòu)可靠度分析程序,計(jì)算結(jié)果較快,數(shù)據(jù)合理,并為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠性分析提供參考.

以有限元分析軟件ansys為工具,進(jìn)行了瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度的分析與計(jì)算,討論了幾何建模、網(wǎng)格劃分、失效概率的計(jì)算、隨機(jī)輸入輸出變量的確定、各設(shè)計(jì)參數(shù)的變異性對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度的影響、設(shè)計(jì)參數(shù)的相關(guān)性等問題。并通過(guò)基于多層彈性層狀體系應(yīng)力計(jì)算程序?qū)煽慷扔?jì)算方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明:模量的變異比厚度的變異對(duì)可靠度影響大,尤其以土基模量的變異性對(duì)可靠度影響最大;面層厚度的變異對(duì)于可靠度的影響也比較大。輸入變量相關(guān)程度都比較低。有限元軟件ansys計(jì)算瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度有足夠的精度,且計(jì)算簡(jiǎn)便,可以作為路面結(jié)構(gòu)可靠度領(lǐng)域的一種新的計(jì)算途徑。

對(duì)于實(shí)際工程,往往不能明確功能函數(shù)。本文通過(guò)響應(yīng)面法來(lái)模擬實(shí)際工程的功能函數(shù)。再結(jié)合form法,可直接應(yīng)用現(xiàn)用的結(jié)構(gòu)分析軟件,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析。

工藝系統(tǒng)中需要加入新物流、現(xiàn)存的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要改動(dòng)、換熱網(wǎng)絡(luò)有較大的能量回收潛力,這些都是換熱網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行改造的原因。本文基于非等溫混合分級(jí)超結(jié)構(gòu),建立了換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的minlp數(shù)學(xué)模型,同時(shí)考慮了改造后的公用工程費(fèi)用、新增換熱器的費(fèi)用、原有換熱器新增面積的費(fèi)用、新增動(dòng)力設(shè)備的費(fèi)用。將用于換熱網(wǎng)絡(luò)綜合的分級(jí)超結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)要的改進(jìn),增加了一些和現(xiàn)存設(shè)備相關(guān)的限制條件和二元變量。通過(guò)對(duì)現(xiàn)存換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,充分的利用原有的換熱設(shè)備和換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),基于ga/sa算法求解可得到優(yōu)化改造的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。實(shí)際算例的計(jì)算結(jié)果和文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比表明,本文得到的改造方案用較少的投資,實(shí)現(xiàn)了較多的公用工程節(jié)省,新增設(shè)備費(fèi)用的靜態(tài)投資回收期為0.53年,為換熱網(wǎng)絡(luò)改造提供了好的可行方案。