基于微粒群算法的供水管网抗震优化设计

以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震优化设计模型。利用微粒群算法对这一模型进行了求解,该算法以管网作为微粒个体,通过不断地更新微粒的位置来搜索最优的管网结构,直到最后给出优化的管网结构。利用上述方法对一典型供水管网进行了抗震优化设计分析,给出了3种不同节点最低可靠度约束条件下的优化改造方案。     

城市供水管网抗震可靠性分析与设计优化

考虑管线震害发生的随机性,利用管线在地震作用下反应的二阶矩特征信息,采用带渗漏管网抗震可靠性分析的一次二阶矩方法,以华中地区某市主干供水管网为例,进行了基本烈度条件下的可靠度分析,结果表明,在低、中烈度条件下,供水管网中各节点均处于可靠状态;在高烈度条件下,节点主要处于可靠状态,局部处于严重不可靠、甚至出现断水状态。进一步地,基于微粒群优化算法,以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点可靠度为约束条件,建立了新的供水管网抗震设计优化模型,并将供水管网所在区域的道路信息引入管网优化设计中,提出了管网拓扑的自动生成策略,从而形成了城市供水管网系统智能化抗震设计方法。数值算例表明,基于可靠度的抗震优化设计方法为风险-投资之间的合理均衡提供了理论基础,决策者可以据此选择所期望的最佳方案。     

基于可靠度约束的高层建筑结构优化设计

本文以文献中提出的结构体系可靠度分析的最弱失效模式法为基础,充分考虑结构体系的造价和结构的损失期望与结构体系可靠度的关系,以及结构构件的可靠度约束,提出了结构体系目标可靠度的优化决策方法;基于优化决策的结果,提出了结构体系的最优设计准则;最后,依所提出的最优设计准则,实现了高层建筑基于构件和结构可靠度约束的结构优化设计。     

基于遗传算法的生命线工程网络抗震优化设计

进行网络抗震可靠性分析的目的,不仅在于定量评价生命线工程网络系统的抗震性能,更重要的是利用这种分析工具指导网络抗震性能的优化设计。以无向边权网络系统为分析对象,分别以管网造价和系统抗震可靠度作为优化目标和约束条件,建立网络系统拓扑优化模型,利用递推分解算法作为网络系统抗震可靠性分析工具,并引入系统单元的灵敏度分析,采用遗传算法求解网络系统的拓扑优化问题,从而发展了一类工程网络抗震优化设计方法。实例分析结果表明,网络系统拓扑结构与系统可靠度之间有显著的正相关关系。     

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析∗

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3 种在不同位置布设人字形BRB 的加固方案。根据随机地震作用下BRB 加固既有结构的动力可靠度来确定3 种方案中的较优者。同时,依次用V 字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB 布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明：本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB 的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。     

一种基于BP网络和粒子群算法的拱坝可靠度分析方法

为了进行极限状态方程不明确的大型结构可靠度分析,提出了结合神经网络和粒子群优化计算拱坝可靠度的算法。确定性力学分析采用ANSYS软件,利用BP神经网络来模拟高度非线性映射关系的功能函数,基于罚函数和粒子群优化法进行可靠指标计算。综合C语言、ANSYS的APDL二次开发以及MATLAB混合编程技术,编制了该算法的可靠度分析程序。算例表明,该方法适应于隐式功能函数的复杂结构可靠度分析。     

生命线工程网络抗震拓扑优化研究

介绍了基于连通可靠度分析的生命线工程网络和基于功能可靠度分析的供水管网抗震拓扑优化分析方法。以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,抗震连通可靠度为约束,建立了基于连通可靠度分析的生命线工程网络抗震拓扑优化模型。对于这样一个组合优化问题,采用现代优化算法-遗传算法来进行求解可以获得造价低且满足管网抗震可靠度要求的最优网络。改用抗震功能可靠度为约束,可以建立基于功能可靠度分析的供水管网的抗震拓扑优化模型,这一问题可以采用模拟退火算法来进行求解,实例分析表明模拟退火算法具有很好的效果。最后,利用模拟退火算法,对四川省都江堰市、绵竹市和德阳市供水管网进行了抗震拓扑优化改造分析,给出了三个城市供水管网的恢复重建方案。     

电力变压器铁心柱截面优化设计

常规电力变压器设计中,铁心的级数通常根据铁心柱直径查设计手册确定,并采用作图法得到各级叠片的宽度和厚度,线圈截面利用率较低。针对以上现状,从电力变压器的性能与节省材料方面考虑,通过分析电力变压器铁心柱结构特点,建立了非线性回归整数规划模型,利用 MATLAB 软件编程求解得到了电力变压器铁心柱截面的优化方案。结果表明:该优化方案将截面填充系数提高了 3.8%,产生了可观的经济效益。     

施工误差对RC框架结构层间位移角限值可靠度的影响研究

施工质量的变异性是造成钢筋混凝土框架结构体系可靠度不确定的重要原因之一。结合增量变异性分析方法,考虑施工质量的随机性,利用ANSYS有限元软件,考虑各楼层的失效相关性,对钢筋混凝土框架结构的体系可靠度进行计算,分析层间位移角对施工质量的灵敏性,定量地说明施工质量的变异性对框架结构的体系可靠度的影响,并基于可靠度理论对施工误差限值进行了研究,得到了钢筋混凝土框架结构施工误差限值建议值。研究结果表明:材料强度和结构几何尺寸的随机性对框架结构楼层层间位移角均具有较大影响,尤其是混凝土抗压强度。体系可靠度随混凝土抗压强度的均值增大逐渐增大,随标准差的增大而减小。截面尺寸、箍筋间距的均值变异性对整体可靠度的影响也较明显,其次就是钢筋保护层标准差的变异。施工误差限值的建议值为:梁柱截面高度偏差限值为(-6,12)mm,箍筋间距偏差限值为(-26,26)mm,保护层厚度偏差限值为(-5.5,5.5)mm。     

地震持时和安全阈值对结构抗震可靠度的影响研究*

为深入掌握结构在地震作用下的可靠性,研究地震激励时间及安全界限对结构抗震可靠性的影响。基于Matlab,首先对结构在高斯过滤白噪声地震动模型(Kanai-Tajimi谱)激励下的随机响应进行了分析,然后分别采用泊松过程法、马尔科夫过程法、瑞利极值分布法对结构随机响应过程超越安全界限的概率进行了计算,三者结果基本接近,较可靠地反映出结构动力可靠度变化规律。结果表明,结构动力可靠度随激励时间的增长而下降,当安全界限大于某确定值时,动力可靠度与激励时间的关系接近于线性,当安全界限小于该值时,动力可靠度与激励时间呈二次非线性关系;结构动力可靠度随安全界限增大而增大,激励时间越长,动力可靠度与安全界限关系曲线越陡,激励时间越短,动力可靠度与安全界限关系曲线越平缓。     

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究∗

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个 20 层非线性 Benchmark 结构验证了多目标优化设计的 MTID 相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式 MTID 的减震性能。结果表明：优化设计的 MTID 在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定 MTID 系统中 TID 的安装位置非常有效,将各个 TID 均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。     

基于遗传算法的多热源环状热网优化设计

随着我国集中供热规模的不断扩大,热网结构正在向复杂的多热源环状热网发展,其规划设计问题一直广受关注。本文应用遗传算法进行复杂多热源环状热网管径的优化设计,以年折算费用作为目标函数,管径按离散变量处理,考虑了包括可靠性在内的各种约束条件。通过水力计算模拟热网的正常工况和事故工况,获得管网的水力、热力特性,以罚函数处理不等式约束条件。优化的结果表明,遗传算法在复杂热网优化设计问题上是可行的。     

重型车辆撞击桥墩的破坏模式及抗撞性能分析

基于数值仿真技术建立重型车辆-桥墩碰撞有限元模型,对不同参数下桥墩的瞬态响应和破坏模式进行参数分析,研究参数主要包括桥墩直径、碰撞速度、车辆碰撞偏心距、上部结构的有效参与质量和箍筋间距等;讨论了规范建议的桥墩抗撞能力计算方法,并分析了其实际抗撞能力。研究结果表明,车辆高速撞击下桥墩的破坏形式以剪切破坏为主。由于车辆撞击下桥墩的动力效应十分显著,截面最大动态抗剪强度约是静态抗剪强度设计值的4倍。上部结构的参与质量对桥墩的破坏模式具有一定影响;配箍率的增加对抗撞能力的贡献比较有限;截面尺寸对桥墩抗撞能力的影响最为显著。20ms平均处理时的碰撞力峰值与桥墩截面抗剪需求比较一致。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

城市防灾应急信息数据同步整合系统优化设计

传统基于物联网技术的灾害信息分析系统,采用多个传感器实时获取城市灾害数据,缺乏灾害信息的同步整合过程,用户难以实时获取系统性的城市灾情信息。对城市防灾应急信息数据同步整合系统进行优化设计,采用基于数据仓库的决策支持系统(DSS)作为核心体系设计系统总体结构;通过信息采集模块、信息处理模块、信息输出模块完成系统硬件设计;利用灾情数据计算模型获取建筑物破坏状态信息与经济损失数据,在此基础上将OLAP技术与Web结合,完成城市灾情信息同步整合,实现城市防灾应急信息数据同步整合系统的优化设计。实验结果表明,所设计系统信息查询响应时间约为1.2 s,可靠性均值为97%,能够快速、有效实现城市防灾应急信息数据同步整合。     

双调谐质量阻尼器参数分析及简化设计方法

双调谐质量阻尼器参数较多,迄今其设计方法、有效性和鲁棒性的研究仍不完善。针对双调谐质量阻尼器的设计方法进行了研究,推导了双调谐质量阻尼器-单自由度结构体系的位移响应放大系数,基于min.(max.DDMF)最优化目标函数,系统地分析了阻尼器参数对受控结构位移响应放大系数控制效果的影响规律;在此基础上,给出了一种双调谐质量阻尼器(DTMD)的简化设计方法,并通过仿真分析对该简化设计方法的有效性进行了评价。结果表明,基于受控结构-DTMD系统参数研究提出的简化设计方法可为DTMD的实际应用提供理论指导;依据简化设计方法设计的双调谐质量阻尼器可有效降低受控结构的动力响应,且控制效果的鲁棒性明显优于单调谐质量阻尼器(TMD)。     

锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

本文针对锈蚀钢筋混凝土梁的受弯性能展开试验研究。采用人工加速锈蚀的方法,制作不同锈蚀率的钢筋混凝土梁,采用四点受弯的加载形式进行静力加载至破坏,破坏后取出钢筋测量锈蚀率及抗拉强度。分析试验结果可以得出以下结论:在利用实测数据进行锈蚀钢筋强度统计回归中可采用按未锈蚀钢筋截面面积计算锈蚀钢筋强度的方法,以便在锈蚀钢筋混凝土结构安全评估的时候可以直接采用按上述回归公式计算出的锈蚀钢筋强度作为结构内钢筋强度,从而避免了对钢筋截面面积和钢筋强度同时修正的困难。对应锈蚀钢筋强度(按未锈蚀钢筋截面面积计算)下降程度可以发现,当锈蚀率较小(10%)时,钢筋混凝土梁的承载力退化主要是因为钢筋强度的下降;当锈蚀率较大(10%)时,钢筋混凝土梁的承载力退化不单是因为钢筋强度的下降,由锈蚀引起的钢筋与混凝土间的粘结退化也起到了关键作用。     

耐候钢-砼组合加劲梁悬索桥极限承载力退化规律研究∗

为制定预防性维护方案提供支撑,探究了悬索桥极限承载力随时间长期退化规律。以我国某公路耐候钢砼组合加劲梁悬索桥为工程背景,建立了考虑钢梁、主缆和吊索三类主要钢构件截面特性与力学性能随时间退化模型;利用梁格法,采用 Mises 屈服准则,考虑几何非线性和材料非线性,基于 U.L. 列式编制杆系有限元计算程序, 计算分析了 3 种最不利荷载工况下的悬索桥的弹塑性极限承载力。结果表明：耐候钢梁的截面积损失 4.5%~ 11.7%,吊索截面积损失 6.8%,主缆截面积损失 1.1%,钢梁退化较快,随着荷载的增大,钢梁塑性区不断扩大使得主缆应力还未达到屈服应力,悬索桥就不能继续承载;荷载‐位移曲线随着桥龄增加表现形式不同,在 20 年以前有明显的拐点;极限承载力呈现缓慢下降的趋势,100 年下降 27.2%~32.4%。     

钢筋混凝土结构构件局部地震损伤多尺度监测方法

提出一种结构局部地震损伤过程的多尺度监测方法。首先,在混凝土材料尺度上,针对混凝土材料细观随机性影响问题,基于压电智能骨料进行混凝土压应力监测,通过试验方法建立了混凝土损伤全过程中压电智能骨料应力与混凝土宏观应力的概率统计关系;其次,在截面尺度上,基于MEMS倾角仪转动监测方法,提出混凝土压弯构件截面曲率的监测方法,并通过试验验证了该方法的可行性;最后,在构件尺度上,提出基于转动积分的层间变形监测方法并给出了转动监测位置的设计原理,通过构件试验验证了该监测方法的可靠性。     

基于壳-弹簧模型的预制地下管廊横向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,采用壳单元模拟预制装配式地下管廊,非线性弹簧模拟管段承插口接头的力学行为,非线性地基弹簧模拟土-结构间相互作用,文中提出一种适用于预制管廊横向抗震分析的壳-弹簧计算模型。以天津市某拟建地下管廊为例,对4个计算工况进行了横向抗震分析。结果表明,壳-弹簧模型内力较梁-弹簧模型均有所增大,轴力、剪力、弯矩分别增大17.4%、22.7%和27.9%;考虑管段间钢绞线预应力时,内力在幅宽上有明显变化且在承插口接头处明显增高;引入管廊结构材料塑性后,管廊层间变形显著增大,且较之线弹性模型增大了68.7%。文中的壳-弹簧模型可反映预制综合管廊结构的弹塑性行为及接头钢绞线预应力影响,对预制综合管廊抗震设计有一定指导作用。