MPSO-GEP方法在边坡可靠度计算中的应用

提出了采用基因表达式编程(Gene Expression Programming,GEP)和混合粒子群相结合计算边坡可靠度的新方法。该方法采用均匀设计法确定样本点,通过数值计算求解安全系数,应用GEP方法拟合边坡的功能函数;借鉴遗传算法中的杂交概念,将其引入标准粒子群方法(Particle Swarm Optimization,PSO),形成混合粒子群方法(MPSO),改善了PSO方法的全局搜索能力,提高了方法的收敛速度和计算精度,可用于计算可靠度指标及相应的验算点。以2个典型的边坡为例,通过算例1与其他方法对比,验证了MPSO方法较标准PSO方法计算精度高、收敛速度快;分析了算法中各控制参数对可靠度指标的影响;算例2为隐式功能函数问题,将MPSO方法与GEP方法相结合求解可靠度指标。结果表明:MPSO-GEP方法对求解隐式功能函数的边坡可靠性问题具有很好的适应性,该方法科学可行且具有很好的应用前景。     

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。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法(RSM)的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

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。     

基于监测数据的边坡参数统计特征及可靠度更新∗

掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而,该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程,提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法,进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后,将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征,推断其后验概率密度函数,进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合,验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后,虽然土体参数的不确定性明显降低,但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。     

基于ANSYS和JC法的滑坡抗滑桩结构可靠度分析

在深入分析可靠度指标的几何意义和JC法的基本原理的基础上,构造了滑坡抗滑桩结构的功能函数。分析了陕西省吴起县大路沟巨型黄土滑坡的工程地质条件,根据滑坡的工程地质勘察资料和滑坡治理工程的设计资料,建立了基于ANSYS的抗滑桩桩土体系有限元模型,经过自重作用下桩土结构数值的模拟,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,选取滑体土重度γ、滑面土内聚力C和内摩擦角、滑面以下土的压缩模量Es四个随机变量,建立了基于ANSYS软件和JC法的抗滑桩结构可靠度计算模型,并研制了相应算法,算例结果表明:基于ANSYS和JC法的抗滑桩结构的失效概率pf=0.49%,可靠度指标β=2.58,失效概率略大于蒙特卡洛(MCS)抽样算法结果和CCD响应面法(RSM)结果,但是基于ANSYS和JC法的效率最高,从而验证了该可靠度模型及算法的有效性。     

随机结构地震作用下的可靠度计算方法

提出了Gauss-legendre积分与Edgeworth级数相结合求解随机结构在确定性地震激励下结构响应的统计矩与动力可靠度。通过对一典型工程结构算例进行分析,仿真结果表明:Gauss-legendre积分计算地震作用下随机结构响应的可靠度具有较高的精度,在维数不超过4维时具有较高的计算效率;通过Gauss-legendre积分结合Edgeworth级数的方法,求解地震作用下随机结构计算简便,只需简单计算即可得到接近Monte-Carlo计算的精度,而且计算效率较高,适用于多变量实际工程结构的可靠度分析。     

一种无条件稳定的显式数值积分算法

显式直接积分方法利用已知信息求解位移,不需要迭代过程,特别适合于拟动力试验。然而大多数显式积分方法条件稳定,难以应用于受高阶振型影响较大结构的拟动力试验。基于隐式无条件稳定的HHT-α法,提出了一种新的显式算法,利用谱半径分析证明了该算法具有无条件稳定的特点。最后通过数值模拟验证了该算法的数值特征。     

对Janbu普遍条分法计算方法的改进

Janbu普遍条分法(或称严格Janbu法)是第一个基于任意形状滑面且考虑滑体所有平衡条件的边坡稳定性计算方法。该方法存在的严重不收敛问题一直困扰着边坡理论和工程界近半个世纪。本文基于Janbu普遍条分法的基本原理和假设,重新推导出数学上更为简洁的安全系数积分表达式,指出传统计算格式不易收敛性是推力二阶导数的不合理数值误差所致,应用数值平滑技术可减少这个误差,使计算过程稳定收敛。研究表明,改进后的Janbu普遍条分法不失为理论相对严格、工程较为实用的边坡稳定性计算方法。     

南水北调大型渡槽结构抗震安全性研究

阐述了南水北调中大型渡槽的抗震问题,分别介绍了基于常微分方程求解器(ODE)和有限元方法的大型渡槽动力计算模型、动力特性分析和设置铅芯橡胶支座(LRB)的隔震分析。研究表明,基于ODE求解器的解析和半解析方法有很好的精度和可靠性,可用于大型渡槽的初步设计。结合所得的研究成果,对南水北调的渡槽抗震提出了合理化建议。     

等效力控制方法及其在混合试验中的应用

对于大型复杂结构的实时(拟动力)子结构试验,更适宜用无条件稳定的逐步积分方法。隐式逐步积分方法通常是无条件稳定的,然而需要复杂耗时的迭代求解非线性方法。为了避免迭代过程,等效力控制方法用反馈控制求解非线性方程,使隐式逐步积分方法在实时子结构试验中的应用成为可能。本文首先以平均加速度法为例介绍等效力控制方法的原理、关键参数的选取;然后介绍基于等效力控制的能量守恒子结构试验方法和隐式中点法;最后介绍这些方法在以防屈曲支撑阻尼器为试件的单自由度简化结构、以磁流变阻尼器为试件的海洋平台结构的实时子结构试验,以及装配式钢筋混凝土剪力墙结构和框支配筋砌块短肢剪力墙结构拟动力试验中的应用。研究结果表明:这三种等效力控制方法都具有很好的精度,等效力控制方法相对于中心差分法具有更好的稳定性。     

牛顿法计算Sarma法边坡安全系数

根据Sarm a法的基本假定即条块侧面与底面抗剪强度按同一比例调用,将斜条块侧面的推力分解为分别与摩擦力和凝聚力有关的2个分量,由条块力的平衡条件,推导出更为简洁的隐含安全系数的条块推力递推方程。为了加速收敛,采用牛顿法迭代法计算安全系数,并推导出计算中所需有关导数的解析表达式。同时,利用所得推力递推方程重新推导出了临界地震加速度系数Kc的显式表达式,该式与原始的Sarm a法等效,但形式上更为简明且便于应用。算例表明,本文的改进的Sarm a法算法收敛迅速,迭代3~5步即可达到工程所需精度,计算结果与经典算例Sarm a法解答及塑性力学理论解均非常接近。     

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析∗

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于 Copula 理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用 PLAXIS 计算平台建立高桩码头?岸坡体系数值计算模型,进一步通过 Python API 接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序 SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、 全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明：在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种 Copula 函数进行综合考虑。     

交通系统智能决策的算法研究

遗传算法是近年来迅速发展起来的一种全新的随机搜索与优化算法，但由于其自身固有的缺陷，通常优化过程的收敛速度较慢，局部搜索能力不足，而且算法稳定性较差。而蚁群算法广泛应用在旅行商问题计算中，目前是较好的求解最短路由问题的算法之一。就其自身来说有很多优点，如正反馈性、鲁棒性和智能性，但是在寻优过程中容易陷入局部最佳的缺点。针对上述情况，将遗产算法与蚁群算法相结合，用于实际交通系统寻找最优路径的问题中，并定义了目标函数，以路径可靠性和路径长度为优化目标，寻找最合适的救灾路线。最后通过实际计算结果的对比验证，说明了该方法的有效性。     

基于可靠度和灵敏度的结构局部地震易损性分析

结构的地震易损性分析是结构地震风险分析的核心内容，传统的方法主要是分析结构的整体地震易损性。提出了结构局部地震易损性的概念，通过构造结构局部性能指标与其参数之间的一个新的功能函数，给出了局部地震易损性的可靠度表达式；根据可靠性灵敏度的概念，提出了构造结构局部性能指标概率密度函数的新方法，并详细推导了结构可靠指标对局部性能指标参数的灵敏度表达式。算例表明，所提方法可极大地提高结构地震易损性分析的计算效率。     

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。     

基于改进布谷鸟算法的分布式电源优化配置

针对布谷鸟搜索算法在处理多目标优化问题上的不足,基于混沌映射、非支配排序等多目标优化策略,提出一种改进的多目标布谷鸟搜索(improved muti-objective cuckoo search,IMOCS)算法,对分布式电源多目标优化配置问题进行求解。为增加初始种群的多样性,利用logistic混沌映射产生初始解;自适应改变搜索步长,以提高算法的寻优能力和收敛速度。仿真结果表明:IMOCS算法寻优能力强,收敛速度快,能够有效求解分布式电源的多目标优化配置问题。     

土质边坡稳定性分析向心条分法

根据极限平衡法基本假定和圆弧滑动机理,使用条分法中的径向条分模式,将滑动土体径向条分,结合径向条分特点对土条进行受力分析,求得一种新的土质边坡稳定安全系数迭代计算公式,最终得到新的边坡稳定性分析与计算方法——向心条分法。算例分析表明:向心条分法边坡稳定安全系数计算公式迭代收敛稳定快速,计算结果以及最危险滑动面与以往研究成果非常接近,可证明向心条分法的正确性;同时,分析了条间法向力作用位置对计算结果的影响,证明了条间法向力作用位置为土条侧边的下三分点处这一假定条件的合理性。     

生命线工程网络抗震可靠性分析方法的比较研究

生命线工程网络抗震可靠性分析是进行生命线工程系统规划、设计、改造与优化的基础。因此 ,寻找一种高效的适应性强的系统可靠性分析方法对实际工程应用具有重要的意义。本文主要介绍两种高效的网络系统两终端连通可靠性分析方法———递推分解算法和有序二分决策图算法。首先 ,分别对两种算法的原理及实现过程进行了详细的论述和说明 ,并且用c语言编制了二分决策图算法的计算程序。然后 ,利用这两种方法及随机模拟算法对 2 0个以往研究中的经典算例和两个实际工程网络———河南省电力网和上海市浦西供水管网 ,进行了网络系统抗震连通可靠性分析。通过对实例分析结果的比较研究 ,得到了一些经验性的结论 ,以期为优化设计工程网络时选择系统可靠性的分析工具提供参考。研究表明 ,由于递推分解算法具有适应性强和能够求得问题近似解的优点 ,因此有良好的实际工程应用前景。     

基于三角形算法的电力系统连通可靠性分析∗

为了研究电力系统的连通可靠性,介绍了网络连通性分析中常用的三种算法(图论法、模糊数学法、Warshall算法)及各自存在的问题。针对现有算法在求解传递闭包过程中未考虑对角线元素的问题,提出了基于 Warshall算法的假定算法。对此算法进行探讨后提出了可以避免偏差和考虑对角线元素处理的三角形算法,并进行推理及证明。基于川北地区 110 kV 发电站与变电站的可靠性,进行了电力系统连通可靠性的实例分析,对比验证了三角形算法的高效性。为大型网络系统连通可靠性分析提供了理论依据。