基于DEA分析的生命线网络节点抗灾相对可靠度评估

对于生命线工程网络系统而言,合理分析和评估其带有网络特征的节点可靠度,比只研究单体可靠度更具实际意义.基于数据包络分析法(Data Envelopment Analysis,DEA)有效性分析的思想,提出了生命线网络节点抗灾相对可靠度的概念.从生命线工程在灾害环境下着重体现出的系统性和网络性出发,考察网络中的节点所能实...     

基于模糊失效准则的危岩稳定可靠度计算∗

为预测危岩崩塌灾害的发生,分别选取影响三种不同类型危岩稳定性的主要参数作为随机变量 X₁~X₅,基于模糊失效准则和可靠度理论建立了危岩模糊可靠度计算模型和方法。首先,根据危岩稳定系数的隶属函数表达式,引入新随机变量 X₆,将稳定系数的隶属函数作为新随机变量 X₆的概率分布函数,得到了随机变量 X₆的概率分布形式。然后,针对三种不同类型危岩分别建立了危岩失稳模糊事件的等效功能函数和模糊可靠度计算模型。最后,采用改进的 Monte?Carlo 法计算了危岩失稳模糊事件的失效概率。对万州首立山 6 块单体危岩进行分析,结果表明：当危岩稳定系数从小至大变化,考虑模糊失效准则后危岩的失效概率增加幅度经历由小变大再变小的过程, 即处于欠稳定~基本稳定状态下的危岩模糊性较强,判断其真实稳定性状态较困难,实际工程中针对这类危岩仅采用经典可靠度计算方法得到的结果存在一定风险,需考虑模糊失效对危岩可靠度的影响。     

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。     

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。     

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。     

基于场景缩减法的供水管网抗震可靠性评估∗

供水管网抗震可靠性是在可能地的震烈度下管网的服务水平,目前大多数采用蒙特卡洛模拟产生数量庞大的震损样本进行估计,此方法给大型复杂管网抗震可靠性的评估带来极大工作量和超高时间成本。为了克服这些问题,提出了多爆管压降计算模型,并引入场景缩减方法以提高计算效率。首先,利用多爆管压降模型计算震损场景下节点水压。其次,利用系统聚类中类平均法对震损节点水压进行场景合并和分类。然后利用k‐medoids聚类对每一类选取中心点作为典型场景。最后,通过典型场景确定节点和系统可靠性指数。将某实际管网应用所提算法计算并与传统蒙特卡洛模拟结果进行对比。结果表明,基于线性估计多爆管压降模型是合理的,基于场景缩减法的可靠性评估是可行的,提高典型场景数量可降低评估误差。因此,该算法可在保证结果准确的同时提高计算效率。     

基于几何参数的优化对双层柱面网壳结构动力性能的影响

以双层柱面网壳为研究对象,采用参数化设计语言APDL对AN SY S进行二次开发,实现了任意跨度双层柱面网壳的自动建模、加载、施加约束及求解。借此平台对柱面网壳结构进行模态和地震反应分析。首先,分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比和网壳厚度的变化规律,结果表明,当矢跨比在1/3.6~1/5该范围内,结构的整体刚度较大;网壳厚度在1.8~2.1 m时,网壳整体刚度较大;对于矢跨比一定的网壳,随着厚度的增加,杆件的动内力大多增加,横向弦杆的二维与单维动内力比值有所增加,而纵向弦杆的二维与单维动内力则变化不大。然后,对网壳进行不同几何参数下的地震反应分析,给出了最大节点位移和最大杆件轴应力随几何参数变化的时程响应曲线,揭示了这类网壳的地震反应特点。     

基于二维Gumbel分布的长距离输水系统水文风险评估

在现行的水文风险组合计算中,往往需要对非正态分布的水文变量进行正态化处理,这必然引起畸变,从而影响分析计算结果的准确性。针对这一问题,在以往的研究基础上,根据Ditlevsen界限,进一步建立了基于二维Gumbel分布的长距离输水系统的综合水文风险评估模型,从而巧妙地解决了串联系统风险计算中如何建立n维联合概率分布函数的难题。并以南水北调中线工程河北省段的21条主要河流为例,分析了采用Gumbel联合分布来研究降雨量或洪水的联合分布特征的可行性,进行了实际水文概率的组合计算,结果表明南水北调中线工程河北省北段的综合防洪风险是3．1％,其防洪安全是有保证的。