概率密度演化方法地下结构可靠度分析

详细阐述了结构可靠度计算方法,对一次二阶矩法中的中心点法、hl法、jc法、几何法,二次二阶矩法,响应面法,蒙特卡罗法,基于最优化原理的蒙特卡罗法的计算方法进行了分析;同时对四种常用的方法jc法、几何法、二次二阶矩法、基于最优化原理的蒙特卡罗法,根据影响其结果精度的因素,以直接的蒙特卡罗法的结果为标准解,对其结果进行了对比分析。

目前结构可靠度的计算问题一直是土木界研究的热点,本文介绍了传统的精确计算可靠度的jc法的计算思路及步骤。推出了用matlab编程工具来实现,举例运行结果,速度上有很大的提高,可以广泛的应用于工程实际。

一次二阶矩方法是传统的可靠度方法，其精度受到验算点处极限状态方程非线形程度影响，将功能函数泰勒展开至二次项，形成二次二阶矩方法可提高可靠度精度，考虑验算点法在计算时要求进行不断迭代，为此在满足设计精度要求的前提下，提出不需迭代的一次性设计点直接进行可靠度计算，从而大大减少计算工作量，对结构在整个使用期内可靠度风险性随机预测，基于灰色理论，建立gm优化模型，求出结构时变可靠度。

针对传统复杂水工结构可靠度分析方法的局限性,提出了结构可靠度分析的高斯过程重要抽样方法。通过高斯过程机器学习方法实现结构功能函数及其偏导数的显式表达,进而结合传统重要抽样法计算结构的失效概率与可靠指标。实例验证了方法的可行性,与传统方法相比较,高斯过程重要抽样方法具有计算精度高、计算效率高和参数自适应化等优点。

对功能函数不能明确表达的可靠度分析问题,常采用响应面法。本文提出把响应面区分为局部响应面和全局响应面。常用的二次多项式响应面及常规的神经网络响应面均属于局部响应面,其仅在验算点附近(±σ)处与真实极限状态曲面符合较好。本文提出的全局神经网络及模糊神经网络响应面、改进全局神经网络及模糊神经网络响应面则属于全局响应面,其在全局范围均与真实极限状态曲面符合良好,故其对全局有较好预测效果。文中对以上各种响应面法计算效果及其对全局预测效果通过算例进行了对比分析,其中改进全局神经网络及模糊神经网络响应面法计算精度较好,进行有限元分析次数最少,该方法用于大型复杂结构的可靠度分析,可相应提高工作效率和解题质量。

简述了高拱坝安全评价中可靠度与失效概率研究的现状及存在问题;分析了高拱坝的主要失效模式,建立了高拱坝系统失效的故障树模型;研究了高拱坝失效相关主要随机变量的分布规律及特征值计算方法;探索应用jc法计算高拱坝单个失效模式的失效概率;研究了具有多个失效模式的高拱坝系统失效概率的计算方法;计算了某一高拱坝的失效概率。

根据可靠度指标β的几何定义,运用具有全局优化能力的改进遗传算法,提出一种新的结构可靠度通用计算方法。针对可靠度几何优化模型搜索区域大而可行区域小的特点,在可靠区域和失效区域分别产生初始种群,在两种群之间通过不断迭代的二分法,使二分点不断接近极限状态曲面(线),从而产生可行解。对可行解进行选择、交叉、变异,最后求出全局最优解。该方法不需要使用结构功能函数的偏导数,对于功能函数不能明确表达的可靠度问题尤为适用;对于功能函数可以明确表达但求导复杂的问题,可省去求导过程;可任意设定初始值,且不受结构功能函数凹凸性的限制;通过算例验证,所提方法具有较高的精度和效率。

阐述了施工可靠度和结构可靠度的基本概念,确定了jc法用于桥梁施工可靠度分析的基本方法。以装配式简支梁桥可靠性评估为例,给出了具体方法和过程,通过matlab软件计算施工可靠指标,进行参数敏感性分析,对施工控制有一定指导意义。

一般来说,水工结构在设计基准期内,必须满足下列各项功能要求:一是在正常施工和正常使用时,能够承受可能出现的各种作用。二是在正常使用时,具有设计规定的工作性能。三是在正常维护下,具有设计规定的耐久性。四是在出现预定的偶然作用时,主体结构仍能保持必需的稳定性。以上4项总称水工结构的可靠性。因此,水工结构的可靠性可以明确定义为:在规定时间内,规定条件下,水工结构完成预定功能的能力。

对地下施工结构可靠性理论进行了初步研究,并应用于润扬大桥北锚碇基坑地下施工结构,取得一定的经济效益,同时又保证了结构的安全施工。

介绍了基于两种计算模式下地下结构工程可靠度研究特点,并分析了当前研究方法的进展,包括响应面法、随机有限元法、模糊判别法、人工神经网络、耗散结构理论等,提出地下结构工程可靠度分析的广阔前景。

对于实际工程,往往不能明确功能函数。本文通过响应面法来模拟实际工程的功能函数。再结合form法,可直接应用现用的结构分析软件,对结构进行可靠度分析。

随着水工结构复杂性的提升，传统的水工结构设计已经无法满足人们对水工结构可靠度设计的要求。本文从水工结构设计的发展入手，对水工结构可靠度设计的方法进行研究，并对水工结构可靠度设计方法推广过程中存在的问题进行分析。

针对由地基不均匀沉降引起的建筑结构变形和裂缝,利用有限元软件对建筑结构可靠度进行了数值模拟分析,并通过与实测结果进行对比,论证了该结构的稳定性,具有一定的工程参考价值。

在实际工程结构的可靠度分析中,极限功能函数通常很难用明确的表达式表达,响应面法因其自身的优点得到了广泛的应用.为进一步提高求解效率,提出了一种改进措施,在迭代求解过程中,不同于通常的每次都在插值点处展开2n+1个样本点,而是用插值点逐步替代距离极限状态曲面最远的点,直至收敛到给定的精度要求.通过算例进行的对比分析证明,改进的响应面法在没有降低计算精度的前提下,使有限元分析次数显著减少.该方法尤其适用于大型复杂结构的可靠度分析.

在以响应面法分析结构可靠度中,提出了一种区别于通常以插值点为中心展开生成样本点组的新方法:在求解过程中,用插值点逐步替代初始样本点组中距离验算点较远的点,目的是使所选取的样本点集中于真实极限状态曲面上的验算点附近,重新构成下一轮迭代所需的一组样本点,直至满足收敛条件。算例表明,采用新方法可使结构的分析次数显著减少,并改善了对非线性程度较高的极限功能函数求解可靠指标的收敛性。同时,将该方法应用于一座拟建自锚式斜拉-悬吊体系桥正常使用极限状态下的可靠度分析中。

一般响应面方法由于逼近的是功能函数而非极限状态方程,因而精度有时不高。为克服此不足,提出一种极限状态响应面法。该方法利用位于极限状态曲面上的样本点来重构结构的极限状态方程,因而模拟出的极限状态曲面精度较高。由此提出一种算法,通过逐步修正求解得到的设计点以实现在设计点附近较高精度地逼近结构真实极限状态方程。该方法同时克服了重构极限承载力曲面方法不能适用多个荷载随机变量的缺点。数值算例表明该方法具有较高的精度,适用范围广,而且所需样本点数量少。

建立了桁架结构的有限元分析模型。采用蒙特卡罗法(monte-carlomethod),分析了输入随机变量对桁架可靠性的影响。结果表明:杆件横截面积对单元a1轴向应力的影响较大,是影响桁架失效概率的主要因素;同时单元a1的横截面积对桁架结构体积的变化起主要作用。

响应面法可以应用于大型复杂结构隐式极限状态方程的可靠性分析,然而至今可靠度响应面法的计算精度仍是未完全得以解决的问题。本文分析了响应面法计算结构可靠度的实质,指出了已有可靠度响应面法研究中存在的认识误区,并揭示了可靠度响应面法计算误差的真正原因。在此基础上,提出了改进响应面法用以解决传统响应面法收敛失败和计算误差大的问题,算例结果证实了所提方法的有效性与精度。最后,指出了可靠度响应面法的进一步研究方向。

介绍了响应面法的基本思想,并分析了用单面响应面法计算结构可靠度中存在的精度问题,提出了改进的单面响应面法;同时通过算例与其他方法进行了对比分析,结果表明,改进的单面响应面法不仅不会增加计算的数学难度,又能提高计算的精度。

聚乙烯基木塑结构板材作为弹药箱包装材料,为了其使用安全性,研究了其可靠性。通过试验获得了其动态弹性模量和静态弹性模量,并运用一次二阶矩方法分析了该种木塑结构板材的可靠性。结果表明:密度大的木塑结构板材可靠性较高,而密度小的木塑结构板材可靠性较低。为木塑结构板材的广泛应用提供了合理依据。

结构可靠度是指桥梁结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。结构可靠度分析方法已经较为完善,但是有关其在桥梁工程中的应用尚未看到相关文献。本文主要研究了常见结构可靠度计算方法在桥梁工程中的应用,并对比了其优缺点,明确了在桥梁工程中的应用范围。最后,以河南省某高速公路上的一座实际桥梁作为案例,进行了基于可靠度分析的设计。结果表明,基于结构可靠度分析的方法在桥梁设计中有着重大意义。