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。     

城市供水管网抗震功能可靠度分析

介绍了供水系统功能分析中的经验渗漏模型,在此基础上给出了一个新的改进算法。将建议模型与供水系统水力分析方法相结合,并引入一般结构分析中的一次二阶矩方法,提出了一类求解供水网络节点及系统功能可靠度的方法。对一典型供水管网进行了流分析,将建议模型计算所得结果与常规渗漏模型进行了比较,结果说明建议模型可行,计算结果合理可信。     

供水管网系统地震易损性风险评估

供水管网易损性风险评估就是通过识别和分析系统的易损性,找出管网中相对比较薄弱的部分,为确定安全策略和采取控制措施提供理论依据。借鉴网络脆弱性评估理论和方法,基于震后供水管网的连通性分析和水力分析结果,采用分层的分析方法,以管网的拓扑位置和节点服务特性作为影响管网易损性的因素,分配给各节点一定的权值,计算其易损性指标,采用定性与定量相结合的方法评判其易损性程度。对一实际管网进行地震易损性风险评估,说明了该方法的有效性与合理性。     

震后特殊供水状态下的供水管网水力分析

供水管网的抗震性能,是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要(需水量和水压)的能力.在地震作用下,供水管网中的埋地管线破坏位置多隐蔽、分散,加上震后救灾力量的局限和救灾活动的迟滞,难以迅速发现并隔离受轻微和中等震害的管线.另一方面,为了控制震后次生火灾的蔓延,又必须保证主干供水管网持续供水.在震后维修期间,供水管网处于特殊的供水状态--带渗漏供水状态.为了评价城市供水管网的抗震能力,需要进行震后特殊供水状态下供水管网的水力分析.给出了震后带渗漏供水管网的水力分析模型和程序结构,同时以上海市浦东新区供水管网为例,演示了震后供水管网水力分析的应用方法.     

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。     

城市生命线系统的地震网络可靠性研究

震后生命线系统的网络可靠性对于灾后的应急救援和恢复至关重要,因此,评价城市生命线系统网络在一定地震强度下,网络系统保持连通的能力已成为研究生命线地震网络可靠性的重要内容。以经典的系统单元可靠性模型为基础,在众多的网络可靠性计算方法中根据方法实现的难易程度和计算效率,选择采用了不交化穷举集合法和有序二分决策图方法,比较研究了网络系统的可靠性问题,并与Monte Carlo方法进行了对照。此外,针对淮南市配水管网的实际案例,采用上述方法计算了相应的可靠度,计算结果表明,所提方法能够高效地应用于一般的工程实践,具有显著的实用意义。     

城市供水管网健康监测与诊断:Ⅲ.既有局部漏损识别方法之二

城市供水管网是城市最重要的生命线工程,相对于地上结构,地下供水管网具有更高的易损性。由于供水管网多埋于地下,管道的早期破坏难以及时发现。本文提出了既有供水管网局部漏损识别的第2个方法:假设在管网的不同位置存在不同程度的局部漏损,计算监测管段的流量,以监测管段流量的计算值和监测值之间的误差最小为目标来识别出局部漏损的位置和程度。通过算例分析对本文方法的有效性进行了验证,并与既有供水管网局部漏损识别的第1个方法进行了比较。结果表明,本文方法在准确率和分辨率两个方面均优于第1个方法。本文解决了供水管网健康监测和诊断中的一个基本问题。     

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。     

城市供水管网健康监测与诊断:IV.监测点压力在线预测

供水管网运行状态的准确把握,对供水管网的健康监测与诊断至关重要,而监测点压力是管网运行状态最重要的标志之一。提出用于供水管网监测点压力在线预测的EMD(经验模态分解)与自回归模型相结合的方法,并对EMD组合模态所蕴含的物理意义进行了阐述。通过一实际供水管网中某监测点压力的在线预测与实际监测值的比较,验证了方法的有效性,此方法可提高城市供水管网健康的在线监测与诊断的效率。     

城市燃气管网的地震安全控制技术研究

介绍了落球式全机械式地震自动关闭的燃气阀门以及永磁式全机械地震燃气阀门以及基于地震动参数控制的城市燃气管道地震安全控制系统技术的结构原理、技术性能,并对其进行了全面测试,获得了理想的结果。在唐山某小区率先安装了国内第一套燃气管网地震安全控制系统,该系统已安全运行了近4 a。     

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。     

关于城市应急供水系统建设的思考

从城市应急供水系统建设的紧迫性和重要性出发,分析了目前我国城市应急供水系统存在的问题和造成城市非常供水的原因。构建了城市应急供水系统的框架,将其分成工程措施和非工程措施两部分,并阐述了工程措施的类型和实施方法,以及非工程措施的各项应急机制,对建立、健全城市应急供水系统进行了探讨。     

基于震后低压变化的供水管网功能可靠度分析

供水管网的抗震功能是指供水管网在地震作用下能够满足震后城市特定用水需要(需水量和水压)的能力。地震发生后,供水管网一般处于低压供水状态,使得管网中部分用户的水压和水量不能得到全部满足,导致管网部分节点的实际配水量小于需水量。为此,在传统的管网水力分析基础上考虑节点流量随节点水压的动态变化,通过求解非线性水力方程组,得到管网节点实际流量和水压;同时,借鉴结构可靠度分析方法,引入供水管网系统随机水力模型,给出了震后供水管网功能可靠度分析的一次二阶矩方法。以一实际管网为例,演示了震后低压供水时管网功能可靠度分析的应用方法。     

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。     

城市燃气管网的地震紧急处置系统研究

燃气管网的地震破坏有时会导致火灾、爆炸等严重的次生灾害。城市中的燃气管网系统若能具备地震紧急处置功能,在地震来临时及时采取自动关闭燃气供应阀门等紧急处置措施,可以避免或减少此类次生灾害的发生。介绍了普遍用于燃气管网日常调度管理的SCADA系统的组成与工作原理,探讨了在SCADA系统中加入地震紧急处置功能的可行性,并基于ArcGIS地理软件,通过VBA二次开发编制了燃气管网的地震紧急处置模拟程序,为燃气管网地震紧急处置系统的实现提供了一定依据。     

多点激励下结构抗震可靠度分析的反应谱方法

既有的多点激励反应谱方法均只能给出结构地震峰值反应的均值,而不能给出峰值反应的标准差,从而无法进行合理的结构抗震可靠性分析。本文首先介绍了一种多点激励下结构随机地震反应分析的简化反应谱方法,在此基础上,发展了基于多点激励反应谱理论的结构抗震可靠度计算方法。以一两绔连续梁为例,通过Monte Carlo模拟对这一方法进行了验证。计算结果表明,本文建议的可靠度分析方法具有良好的精度。