神经网络技术在预应力混凝土桥梁可靠度分析中的应用

预应力混凝土桥梁结构的极限状态函数往往是通过有限元分析得到的一种隐式的数值关系,而不是通常的显式表达式,采用响应面法进行该类结构可靠度分析较其他方法更为简便.相比于基于多项式的响应面法,神经网络拟合可以以任意精度逼近极限状态函数,从而提高响应面法在预应力混凝土桥梁可靠度分析中的精度.研究表明,神经网络技术可以直接用于预应力混凝土桥梁结构可靠度分析且具有较高的工程应用价值.     

基于有限元法和一次二阶矩法的桥梁结构可靠度研究

针对一次二阶矩法求解结构可靠度指标时功能函数不能显式表达导致的梯度求解困难问题,采用确定性有限元法与改进的一次二阶矩法相结合的方法,以钢管混凝土拱桥为研究对象,对纵梁跨中截面进行正常使用极限状态下可靠度分析,得到其在几何尺寸、材料特性及外荷载等均为随机变量情况下的可靠度指标,并通过灵敏度分析,评价各随机变量对结构可靠度指标的影响程度。     

遗传算法在桥梁预应力混凝土管桩承载力可靠度计算上的应用

在优化问题中,对于高度非线性的目标函数,遗传算法能够有效求出极值点。根据遗传算法原理和可靠度指标的几何涵义,提出了计算可靠度指标全局优化算法。采用无量纲随机变量的极限状态方程,结合混凝土管桩试桩资料进行了统计学分析和可靠度分析。采用了JC法和遗传算法两种方法进行可靠度指标的计算。在求解过程中,对于功能函数的复杂性,遗传算法仅需要目标函数的函数值而避免了JC法中繁复的求导数工作,计算表明了提出的方法进行可靠度分析的有效性。     

下穿高速双孔并行隧道可靠度分析

针对地下结构可靠度分析中功能函数不能显示表达的特点,提出基于三维有限元的可靠度分析方法。以下穿高速双孔并行隧道为例,根据三维有限元计算结果,分别以DP2与DP3准则作为塑性屈服的判定准则,采用遗传算法选取样本点构建二次响应面模型,通过对Monte Carlo法,基于BP神经网络的Monte Carlo法,中心点法,JC法和遗传算法得出的可靠度指标的比较分析,得出遗传算法的运用可显著提高响应面模型的逼近精度,中心点法计算出的可靠度指标误差较大,Monte Carlo法、BP-Monte Carlo法、JC法及遗传算法求得的可靠度指标精度相近,JC法因操作简便、计算精度高可广泛用于地下结构的可靠度分析。基于遗传算法选取的样本点构建响应面模型,以JC法计算地下结构的可靠度分布,得出在公路线荷载作用下,衬砌上下两侧向内变形,上下两侧围岩应力释放多,可靠度相应增大;衬砌左右两侧向外变形,左右两侧围岩应力增大,可靠度相应减小;并行隧道的相互影响导致邻近另一隧道侧的衬砌可靠度较小。     

稳定性系数为隐式函数的边坡可靠度近似计算方法

分析发现在大多数情况下,边坡滑动模式的稳定性系数计算是一个隐函数。导致了在其相应的可靠度研究中建立显式的极限状态方程是不可能的。为了解决这一问题,以边坡稳定性分析的郎畏勒计算模式为例,研究了一种改进的响应面方法。在该方法中,采用郎畏勒分析模式的稳定性系数隐式计算方法取代经典响应面方法的有限元数值模拟计算;为了消除经典方法可靠度指标求解过程中方程线性化带来的误差,研究了采用梯度最速下降法最优化方法求解验算点的过程和步骤。然后给出了改进后的响应面方法近似显式函数拟合和可靠度指标的工作流程,最后采用改进的方法分析一个工程实例。改进的响应面计算过程比经典方法简单适用,工作量较小,具有理论意义和工程应用前景。     

基于神经网络法的CFRP混凝土梁的可靠性分析

混凝土作为建筑结构的主要材料之一,纤维增强复合材料(CFRP)的使用成为当下常用的加固方法之一,对于CFRP混凝土结构的可靠性的分析也成为学者们的研究对象。但对于大型复杂的结构分析可靠度指标要是一个复杂且耗时的过程,对于实际工程的CFRP混凝土梁的可靠性分析,根本无法建立出完整的极限状态函数,针对这样的情况,在传统可靠度计算之上提出以人工神经网络为基础建立的极限状态函数来计算CFRP混凝土梁的可靠度指标。利用算例,着重使用了响应面法和神经网络响应面法,通过MATLAB软件得出基于神经网络法对CFRP混凝土梁的可靠度计算过程中迭代次数多,收敛效果好,偏差小,计算结果精度大,更逼近可靠度值。因此神经网络响应面法更适合应用于CFRP混凝土梁的可靠度分析中,同时基于神经网络的CFRP混凝土梁可靠性分析的方法也会成为今后最主要研究的方向之一。     

基于响应面法的地下洞室结构可靠度分析

针对大型复杂地下洞室结构可靠度分析中功能函数不能显式表达的特点，提出了基于三维非线性有限元与响应面法、JC法相结合的可靠度计算方法。以映秀湾水电站地下厂房为例，根据三维非线性有限元对各随机变量分位点值的计算结果，采用D—P准则，构建了映秀湾水电站地下厂房洞室结构的功能函数，推导了响应面函数、应力分量偏导函数、顶拱混凝土各随机变量偏导函数、地下洞室岩体随机变量偏导函数，并应用JC法计算了其结构可靠度指标。结果表明，厂房顶拱β值一般为1．5～4．8，总体水平偏低，且β低值区主要分布在顶拱纵轴线右侧区域，范围较大，为其主要开裂区。经检验，计算成果与实际监测数据一致，精度满足工程要求。该方法计算效率高，实用性强，是大型地下洞室结构及复杂水工结构可靠度分析的良好途径。     

高维模型拟合在结构可靠度反问题中的应用研究

目前结构可靠度反问题的求解均基于功能函数为显式的情况,而大型复杂结构的功能函数往往为隐式,这使得复杂结构的可靠度反问题求解变得更困难。基于此,提出采用高维模型拟合(High-Dimensional-Model-Representation,HDMR)方法对隐式功能函数进行拟合,再利用拟合所得功能函数进行结构可靠度反问题的求解。以一个门式框架结构和一座斜拉桥为例,分别采用HDMR方法及其它方法进行相关可靠度反问题的求解,并通过对计算过程及结果的比较分析来讨论HDMR方法的计算精度及效率。结果表明,HDMR方法在功能函数为隐式的结构可靠度反问题求解中具有良好的适用性,并且具有较高的计算效率和良好的计算精度。     

基于改进的JC法求解结构可靠度指标

为了解决传统的JC法在进行实际工程结构可靠度分析时经常出现的迭代不收敛、收敛速度过慢等问题,文章首先通过分析JC法的基本计算原理找出造成这些问题的原因,然后通过研究可靠度指标在标准正态化空间中的几何意义,基于拉格朗日乘子法对传统JC法进行改进。最后用实际工程算例对改进的JC法的效率和精度进行验证。算例结果表明改进之后的JC法具有很好的收敛性,而且其收敛速度比传统JC法快,计算精度也与传统JC法基本一致。     

基于响应面与重要性抽样的岩土工程可靠度分析方法研究

 由于功能函数非线性强且难以显式表达,岩土工程可靠度分析以往多采用响应面方法解决,但其求解的可靠度指标为几何可靠度。阐明几何可靠度与一般可靠度的实质和两者之间的差异,指出对于功能函数非线性较强的岩土工程问题,采用几何可靠度指标存在较大误差,需进行改进。然后引入V空间重要抽样方法将基本变量随机空间通过Rosenblatt变换和线性正交变换转换至V空间,在响应面方法得到岩土工程的设计验算点及其附近的响应面的基础上,采用重要性抽样方法求解岩土工程可靠度。几个数值算例和工程实例的对比分析表明该方法可行、有效、精度较高,适用于非线性强的岩土工程可靠度求解。     

边坡可靠性评价的向量投影响应面研究及应用

岩土体的力学参数存在一定的随机性,当进行边坡稳定可靠性评价时,当功能函数不能用显式表达时,响应面法成为计算可靠度指标的重要方法。将向量投影响应面法与有限元强度折减法相结合,研究隐式功能函数边坡工程稳定可靠度计算方法。首先利用强度折减法结果拟合稳定系数计算方程从而代替隐式方程,并建立极限状态方程,然后进行向量投影以确定展开点和抽样点,进行近似方程的拟合、验算点和可靠度指标的计算,直到计算达到收敛。通过与不同计算方法进行对比,表明区别于通常以插值点为中心展开生成样本点的向量投影取样法的准确性和合理性,该方法可使可靠性分析次数显著减少,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,将该方法应用于杭兰高速公路大水田边坡的稳定可靠性分析当中。     

求解结构可靠度指标的一种新算法

从计算机搜索的角度出发，提出了一种计算结构可靠度指标的新方法，该法避免了传统的可靠度分析方法（JC法）对复杂非线性功能函数计算不收敛的麻烦，且该法不需对功能函数求导，能广泛应用于复杂非线性功能函数的求解。     

重力式挡土墙稳定性的结构体系可靠度分析

重力式挡土墙结构最主要的失稳模式是倾覆失稳和滑移失稳。为了计算重力式挡土墙稳定性的结构体系失效概率,首先分别建立重力式挡土墙结构抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的功能函数,然后引入结构可靠度分析一次二阶矩法中的验算点法(JC法)分别对两种失效模式进行计算,得出两个相应的可靠度指标。将两种失稳模式视为串联系统,由逐步等效平面法计算结构体系可靠度指标,最后由结构体系可靠度指标计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。根据上述方法,利用MATLAB程序计算了某挡土墙,得出了结构体系可靠度指标和结构体系失效概率。     

基于神经网络法的自锚式悬索桥可靠度研究

自锚式悬索桥造型美观,且不需要庞大的锚碇。其将主缆锚固于加劲梁上,受力发生了极大的变化。因此,研究自锚式悬索桥的可靠性十分必要。采用BP神经网络法拟合可靠度计算的极限状态函数,引入粒子群算法优化神经网络法的初始权值,实现函数拟合的双优化,新算法则利用MATLAB编程实现。极限状态函数显化后,结合蒙特卡洛法计算自锚式悬索桥在正常使用极限状态下的可靠度。     

基于子集模拟法的大跨异型U型梁可靠度分析

针对济南轨道交通R1线高架线大跨异型预应力混凝土U型梁,基于ANSYS软件中的PDS平台,采用蒙特卡罗法对其进行跨中截面纵向应力、横向应力及竖向位移的分析。对影响抗力模型的各参数进行特征统计,确定了承载能力极限状态和正常使用极限状态的功能函数,采用验算点法和子集模拟法分别计算了不同位置的可靠度指标。结果表明:U型梁的绝大部分失效情况由挠度控制,而挠度指标绝大部分都大于目标可靠度的5.7,U型梁左右侧上翼缘可靠度指标过低,需要加强该位置的配筋设计和监测;改进的子集模拟法相对误差大都在10%以内,更适合作为U型梁结构可靠度分析的计算方法。     

改进的一次二阶矩法在隧道可靠度中的应用

在隧道衬砌结构可靠度分析中,基于一次二阶矩中心点法在基本变量的概率分布若为非正态分布或为非对数正态分布以及结构功能函数为非线性函数时,中心点法计算结果与实际出入较大。通过引入分离函数式对一次二阶矩法进行的线性化处理,结合蒙特卡罗-有限元法计算荷载作用效应的统计特征,从设计验算点开始进行迭代,并利用Mathematica辅助编程对隧道结构可靠度指标进行求解。计算结果表明:改进一次二阶矩法与分位点法相比具有更令人满意的精度,实用性好,适用于隧道及地下工程结构的可靠度分析。     

具有高次非线性和复杂性功能函数的岩土工程可靠度分析

 应用可靠度计算的改进JC 法, 以岩体Hoek2Brown 强度准则为例, 针对极限状态方程的高次非线性和复杂性,分别采用变量代换法、Monte2Carlo 法、复合函数求导法和引用有理多项式技术计算三维岩体强度准则的可靠指标β。结果表明, 岩土工程可靠度计算中引入有理多项式技术的方法优于其他方法, 而且便于编制通用的可靠度计算程序。     

基于毕肖普模式的边坡稳定可靠度分析

引入数值求解方法，结合边坡稳定性分析方法中的毕肖普法，考虑土性参数的变异性和不确定性，详细论述了用常规可靠度计算方法中的JC法求解功能函数为隐函数的可靠度指标问题。     

锚喷衬砌隧道结构稳定可靠度计算

根据地层特征曲线和围岩剪切滑移理论,分析围岩最小荷载计算方法。基于薄壁圆筒与锚杆端锚理论,分析喷射混凝土层(简称喷层)及锚杆的支护抗力确定方法。建立由锚杆支护抗力、喷层支护抗力和围岩荷载构成的圆形锚喷支护隧道结构功能函数。为了求解该非线性隐式功能函数的可靠度指标,首先,利用验算点与可靠度指标的关系,将极限状态方程由多自变量(结构基本变量)的隐式形式转变为单自变量(可靠度指标)的隐式形式;然后,通过泰勒公式将其展开成级数,截取其前若干项,导出可靠度指标的迭代逼近计算公式;再将复合函数求导法则与差分求导结合起来,推出逼近计算表达式中系数的导数求解格式。上述研究形成了基于泰勒级数与差分求导数结合的锚喷支护隧道结构稳定可靠度指标分析方法。采用该方法分析某公路隧道结构的稳定可靠度,并与蒙特卡罗方法的精确解进行对比,两者的绝对差异为0.018%,相对差异为4.47%。     

基于遗传算法的重力坝多滑面稳定可靠度分析

重力坝坝基的抗滑稳定是大坝设计中首先要解决的关键问题,但是以往的坝基深层抗滑稳定可靠度研究中关于多滑面情况的研究成果偏少,主要原因是多滑面稳定可靠度计算的功能函数往往为隐式非线性,问题相对复杂、计算求解困难。根据可靠指标的几何涵义,将可靠度计算作为优化问题求解,从而引入遗传算法,提出基于遗传算法的重力坝坝基深层抗滑稳定可靠度计算方法。该方法避免功能函数需要表达为显式函数的限制,从而能够克服现行设计标准或规范中一次二阶矩方法适用性的不足,可用于多滑面情况的重力坝坝基抗滑稳定可靠度研究。算例和工程实例分析表明,该方法计算工作量少,精度和计算效率高,能同时满足具有显式或隐式功能函数的复杂工程结构可靠度计算,体现出常规可靠度计算方法不具备的优势,可为重力坝稳定安全评价方法的深入研究与重力坝结构设计提供新的思路和技术支撑。