基于最大熵原理與最優(yōu)化方法隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠度分析

針對隨道圍巖力學參數(shù)中有許多為隨機變量和其極限狀態(tài)功能函數(shù)高度非線性的特征,應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)可靠性理論,在matlab優(yōu)化工具箱中采用最優(yōu)化化方法計算了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的可靠度.結(jié)果表明:用該方法計算隨道襯砌結(jié)構(gòu)可靠度,編程簡單,準備工作量少,無需將狀態(tài)函數(shù)線性化,計算速度快,精度高.

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軟件對算例編制了相應(yīng)計算程序,并對計算結(jié)果進行了比較.計算結(jié)果表明,利用matlab可以編制結(jié)構(gòu)可靠度分析程序,計算結(jié)果較快,數(shù)據(jù)合理,并為復雜結(jié)構(gòu)的可靠性分析提供參考.

基于信息論中最大熵的概念,探討了最大熵法的可靠度理論在工程中的應(yīng)用。討論了樣本的均值、標準差對收斂性的影響,以及樣本數(shù)量與最大熵法階數(shù)對概率密度函數(shù)、超越概率、可靠指標精度的影響。提出了結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)采用四階矩法,并給出應(yīng)用該方法時精度控制的若干建議。

隧道噴混凝土襯砌結(jié)構(gòu)可靠度分析的位移方法

為了研究寒區(qū)隧道在運營階段襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性,考慮到凍脹力、圍巖壓力和結(jié)構(gòu)自重應(yīng)力對圍巖襯砌結(jié)構(gòu)的影響,以昆侖山寒區(qū)隧道工程為背景,采用ansys中的pds(概率設(shè)計)模塊和蒙特卡洛拉丁超立方抽樣方法,對影響寒區(qū)隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性的主要因素以及保證隧道結(jié)構(gòu)安全的可靠性指標進行研究。結(jié)果表明:基于ansys數(shù)值模擬,通過研究凍土圍巖溫度場和應(yīng)力場的耦合結(jié)果,得到凍脹對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最不利的位置;以概率論和數(shù)理統(tǒng)計相結(jié)合的方式,對襯砌結(jié)構(gòu)最不利位置的可靠性進行定性和定量的分析,得到襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性指標;蒙特卡洛法中的拉丁超立方抽樣提高了抽樣概率的精確性,概率設(shè)計的敏感性和設(shè)計變量之間的散點圖分析,有利于確定影響襯砌結(jié)構(gòu)可靠性的主控因素,進而針對可控因素采取措施,以此提高襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性。

針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的極限狀態(tài)功能函數(shù)具有高度非線性和其參數(shù)具有隨機性的特征,提出在matlab環(huán)境下采用蒙特卡羅法進行隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法.該計算和設(shè)計方法編程過程簡化,計算速度快,精度高,且不受極限狀態(tài)方程非線性、隨機變量非正態(tài)的限制.結(jié)合工程實際,給出了具體的可靠性設(shè)計步驟,建立了各參數(shù)與可靠度的關(guān)系,指出了提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠度的方法和措施,為隧道襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和優(yōu)化提供科學依據(jù).結(jié)果表明:該計算和設(shè)計方法所得到的結(jié)果比傳統(tǒng)的經(jīng)驗分析法、安全系數(shù)法得到的結(jié)果更加科學、經(jīng)濟、高效.

目前結(jié)構(gòu)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(jié)果,速度上有很大的提高,可以廣泛的應(yīng)用于工程實際。

詳細闡述了結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)果精度的因素,以直接的蒙特卡羅法的結(jié)果為標準解,對其結(jié)果進行了對比分析。

水電站水庫發(fā)電調(diào)度風險分析對于尋求兼顧風險與效益的最佳調(diào)度方案具有重要意義。針對傳統(tǒng)風險計算方法難以適應(yīng)中長期發(fā)電調(diào)度需要的特點,提出了概率最優(yōu)化風險分析方法,構(gòu)建中長期發(fā)電調(diào)度風險評價指標體系來量化風險大小,基于概率最優(yōu)化風險分析方法的思想建立了中長期發(fā)電調(diào)度風險分析的隨機期望值模型,并提出風險因子的靈敏度分析概念來衡量各類風險指標之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。算例結(jié)果表明,該模型能使水庫在承擔一定風險情況下追求發(fā)電效益的相對最大化,對調(diào)度方案的制定與決策具有一定的理論意義和參考價值。

可靠度理論在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用從20世紀40年代開始。我國從20世紀50年代開展了極限狀態(tài)設(shè)計方法的研究工作,20世紀50年代中期,采用了前蘇聯(lián)提出的極限狀態(tài)設(shè)計方

應(yīng)用荷載結(jié)構(gòu)法,對廈門海底隧道襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性進行計算分析。首先應(yīng)用拉丁超立方抽樣法(lhs)隨機抽樣得到一組隨機數(shù),然后代入有限元方程求解,得到一組響應(yīng)變量的解,最后將這組解進行統(tǒng)計分析,從而得到該響應(yīng)變量的分布特征。通過對各隨機變量的靈敏度分析,結(jié)構(gòu)的覆土厚度、外水頭高度、圍巖的彈性抗力系數(shù)、襯砌混凝土的彈性模量以及圍巖的側(cè)向壓力系數(shù)的變化對最大彎矩影響明顯。其中,最大彎矩受結(jié)構(gòu)的覆土厚度影響最大,其次是外水頭高度。采用蒙特卡洛法對海底隧道襯砌結(jié)構(gòu)進行可靠度分析,結(jié)果表明翔安海底隧道的襯砌結(jié)構(gòu)安全可靠。

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(shè)計精度要求的前提下，提出不需迭代的一次性設(shè)計點直接進行可靠度計算，從而大大減少計算工作量，對結(jié)構(gòu)在整個使用期內(nèi)可靠度風險性隨機預(yù)測，基于灰色理論，建立gm優(yōu)化模型，求出結(jié)構(gòu)時變可靠度。

針對傳統(tǒng)復雜水工結(jié)構(gòu)可靠度分析方法的局限性,提出了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)功能函數(shù)及其偏導數(shù)的顯式表達,進而結(jié)合傳統(tǒng)重要抽樣法計算結(jié)構(gòu)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(yīng)化等優(yōu)點。

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

本文提出基于概率密度演化方法的地下結(jié)構(gòu)可靠度分析,通過求解極限狀態(tài)函數(shù)的概率密度演化方程,可以得到響應(yīng)量的概率密度函數(shù)曲線。相比于傳統(tǒng)的隨機模擬方法,概率密度演化方法考慮了樣本點之間的概率聯(lián)系,因此在求解效率以及精度上都得到大大提高。文中結(jié)合上海市軌道交通m6線地鐵工程進行了基于概率密度演化方法的可靠度分析,與隨機模擬的結(jié)果相比表明,基于概率密度演化方法的地下結(jié)構(gòu)可靠度分析方法具有更好的效果。文中還介紹了基于等價極值事件的結(jié)構(gòu)體系可靠度分析方法,并將等價極值事件的基本思想推廣到復雜失效準則下地下結(jié)構(gòu)的可靠性分析之中。結(jié)果表明此方法可以對地下結(jié)構(gòu)可靠度給出較為準確的評價。

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(yīng)面法。本文提出把響應(yīng)面區(qū)分為局部響應(yīng)面和全局響應(yīng)面。常用的二次多項式響應(yīng)面及常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面均屬于局部響應(yīng)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(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面、改進全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面則屬于全局響應(yīng)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(yù)測效果。文中對以上各種響應(yīng)面法計算效果及其對全局預(yù)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(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)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(jié)構(gòu)的可靠度分析,可相應(yīng)提高工作效率和解題質(zhì)量。

根據(jù)可靠性理論的基本原則和方法,按現(xiàn)行隧道設(shè)計規(guī)范所采用的\"荷載—結(jié)構(gòu)\"模式,對單線鐵路隧道聚丙稀纖維網(wǎng)濕噴混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)進行了可靠度分析,用實例驗證了方法的可行性。

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

建立了桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析模型。采用蒙特卡羅法(monte-carlomethod),分析了輸入隨機變量對桁架可靠性的影響。結(jié)果表明:桿件橫截面積對單元a1軸向應(yīng)力的影響較大,是影響桁架失效概率的主要因素;同時單元a1的橫截面積對桁架結(jié)構(gòu)體積的變化起主要作用。

基于隨機有限元的隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性分析 海洪 (沈陽建筑大學土木工程學院,沈陽110168) 　 郭鵬 (石家莊鐵道學院高專分院,石家莊050043) 王新萬明富張兆杰 (遼寧省交通勘測設(shè)計院,沈陽110005) 　　摘　要　結(jié)合廣州地鐵三號線大塘站～瀝窖站區(qū)間盾構(gòu)隧道的實際情況,采用荷載-結(jié) 構(gòu)模式與蒙特卡羅-有限元法,選取不同的隨機變量統(tǒng)計特征,進行了隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性分 析,得出了隧道襯砌各截面處的抗壓可靠指標與抗裂可靠指標。研究結(jié)果表明:拱頂處的軸力 對上部水壓最為敏感,彎矩對側(cè)壓力系數(shù)最為敏感,工程的支護體系能夠滿足目標可靠指標要 求,具有足夠的安全儲備。 　　關(guān)鍵詞　盾構(gòu)隧道　隨機有限元　可靠度　數(shù)值模擬 1引言 采用傳統(tǒng)的有限元方法進行地下結(jié)構(gòu)分析時, 材料性能、幾何參數(shù)、邊界條件和荷載等都是確定 的

將燃氣管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)水力計算轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題,通過對目標函數(shù)的分析,給出管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)水力計算解的唯一性證明。此方法不失為一條管網(wǎng)平差計算的、新的有效途徑。

結(jié)構(gòu)可靠度是指橋梁結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度分析方法已經(jīng)較為完善,但是有關(guān)其在橋梁工程中的應(yīng)用尚未看到相關(guān)文獻。本文主要研究了常見結(jié)構(gòu)可靠度計算方法在橋梁工程中的應(yīng)用,并對比了其優(yōu)缺點,明確了在橋梁工程中的應(yīng)用范圍。最后,以河南省某高速公路上的一座實際橋梁作為案例,進行了基于可靠度分析的設(shè)計。結(jié)果表明,基于結(jié)構(gòu)可靠度分析的方法在橋梁設(shè)計中有著重大意義。