改進(jìn)響應(yīng)面法的蒙華鐵路良山邊坡可靠度分析

采用改進(jìn)均值濾波法對多響應(yīng)面法進(jìn)行改進(jìn),構(gòu)建了基于空間濾波的多響應(yīng)面法消除多響應(yīng)面子區(qū)域交接處的突兀點,提高可靠度計算精度和計算效率。用matlab語言編程實現(xiàn)改進(jìn)后的空間濾波多響應(yīng)面法應(yīng)用于永吉縣西陽河高陡邊坡可靠度計算。結(jié)果表明,采用改進(jìn)均值濾波法對多響應(yīng)面法計算精度明顯提高,適用于大型復(fù)雜邊坡工程的可靠度計算。

巖質(zhì)邊坡中存在多種變異性,需要進(jìn)行巖質(zhì)邊坡的可靠度分析。將數(shù)值分析法與可靠度分析的響應(yīng)面法相結(jié)合,進(jìn)行了巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的可靠度分析。利用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)(rbfn)的全局適應(yīng)能力強的特點,在響應(yīng)面法中,以徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)為響應(yīng)面函數(shù),將隱式的功能函數(shù)顯式化。通過對每個響應(yīng)面新增一個樣本點的方法進(jìn)行樣本點的生成及響應(yīng)面的迭代,計算表明:基于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)面法具有較高的計算精度及效率,可以適用于基本變量數(shù)較多的可靠度分析問題;本文的邊坡算例中,第2層巖體的強度參數(shù)對邊坡的可靠指標(biāo)影響最大,而其他參數(shù)對可靠指標(biāo)的影響則相對較小。

對功能函數(shù)不能明確表達(dá)的可靠度分析問題,常采用響應(yīng)面法。本文提出把響應(yīng)面區(qū)分為局部響應(yīng)面和全局響應(yīng)面。常用的二次多項式響應(yīng)面及常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面均屬于局部響應(yīng)面,其僅在驗算點附近(±σ)處與真實極限狀態(tài)曲面符合較好。本文提出的全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面、改進(jìn)全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面則屬于全局響應(yīng)面,其在全局范圍均與真實極限狀態(tài)曲面符合良好,故其對全局有較好預(yù)測效果。文中對以上各種響應(yīng)面法計算效果及其對全局預(yù)測效果通過算例進(jìn)行了對比分析,其中改進(jìn)全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法計算精度較好,進(jìn)行有限元分析次數(shù)最少,該方法用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠度分析,可相應(yīng)提高工作效率和解題質(zhì)量。

以某土質(zhì)邊坡為研究對象,采用有限差分軟件flac~(3d)對邊坡進(jìn)行確定性分析,用非線性映射能力較強的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為響應(yīng)面函數(shù),并編寫monte-carlo法matlab程序,對邊坡進(jìn)行可靠度分析。結(jié)果表明:將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為響應(yīng)面函數(shù)對于三維復(fù)雜邊坡的可靠度求解能得到較好的精度,flac~(3d)內(nèi)置的強度折減法可以很方便地實現(xiàn)安全系數(shù)的多次求解,計算效率較高。

為了提高響應(yīng)面法的計算效率和精度,對現(xiàn)有的全局響應(yīng)面法進(jìn)行了改進(jìn)。采用徑向基函數(shù)(rbf)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),代替目前常用的bp網(wǎng)絡(luò),迭代過程中在超錐體的范圍內(nèi)構(gòu)造響應(yīng)面,逼近隱式的非線性功能函數(shù)。數(shù)值算例分析表明,與通常的響應(yīng)面法相比,改進(jìn)全局響應(yīng)面法的迭代次數(shù)和有限元分析次數(shù)均大幅減少,節(jié)省機時,有利于提高計算精度。同時,以淺基礎(chǔ)和擋土墻為工程背景進(jìn)行可靠度分析,表明該方法能以較快的收斂速度和較少的有限元分析次數(shù),獲得較高精度的可靠度指標(biāo),適用于巖土工程的可靠度分析。

巖質(zhì)邊坡中存在多種變異性，需要進(jìn)行巖質(zhì)邊坡的可靠度分析。將數(shù)值分析法與可靠度分析的響應(yīng)面法相結(jié)合，進(jìn)行

大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù)都是隱式的非線性函數(shù),采用傳統(tǒng)的可靠性分析方法可能無法實現(xiàn),但利用響應(yīng)面有限元法可以很好地解決這類問題。利用響應(yīng)面法對一下承式鋼拱橋拱肋、主梁在正常使用極限狀態(tài)下的軸向應(yīng)力、豎向位移的可靠度進(jìn)行了分析,并根據(jù)擬合出的各極限狀態(tài)函數(shù)顯式表達(dá)式得出了相應(yīng)的可靠度指標(biāo),說明響應(yīng)面有限元法是計算下承式鋼拱橋構(gòu)件可靠度的有效方法。

巖土工程可靠度分析的改進(jìn)響應(yīng)面法研究——為了提高響應(yīng)面法的計算效率和精度，對現(xiàn)有的全局響應(yīng)面法進(jìn)行了改進(jìn)。采用徑向基函數(shù)(rbf)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，代替目前常用的bp網(wǎng)絡(luò)，迭代過程中在超錐體的范圍內(nèi)構(gòu)造響應(yīng)面，逼近隱式的非線性功能函數(shù)。數(shù)值算例分析表明，與...

在實際工程結(jié)構(gòu)的可靠度分析中,極限功能函數(shù)通常很難用明確的表達(dá)式表達(dá),響應(yīng)面法因其自身的優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用.為進(jìn)一步提高求解效率,提出了一種改進(jìn)措施,在迭代求解過程中,不同于通常的每次都在插值點處展開2n+1個樣本點,而是用插值點逐步替代距離極限狀態(tài)曲面最遠(yuǎn)的點,直至收斂到給定的精度要求.通過算例進(jìn)行的對比分析證明,改進(jìn)的響應(yīng)面法在沒有降低計算精度的前提下,使有限元分析次數(shù)顯著減少.該方法尤其適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠度分析.

基于模糊隨機變量理論,提出了邊坡穩(wěn)定的模糊響應(yīng)面法.模糊響應(yīng)面法將截集法與隨機響應(yīng)面法有機地組合在一起,可同時考慮邊坡工程中存在的模糊性與隨機性,是隨機響應(yīng)面法的推廣.模糊響應(yīng)面法可將隱式的模糊極限狀態(tài)函數(shù)顯式化,因而可以直觀地顯示基于模糊隨機變量理論的模糊隨機可靠度分析方法的實質(zhì).算例分析表明:可以將參數(shù)的不確定性用變異系數(shù)及模糊程度參數(shù)來表示,變異系數(shù)主要影響模糊可靠指標(biāo)的大小,變異系數(shù)越大,可靠指標(biāo)越小;模糊程度系數(shù)主要影響模糊可靠指標(biāo)的模糊程度,模糊程度系數(shù)越大,可靠指標(biāo)的模糊分布范圍越寬.

介紹了響應(yīng)面法的基本思想,并分析了用單面響應(yīng)面法計算結(jié)構(gòu)可靠度中存在的精度問題,提出了改進(jìn)的單面響應(yīng)面法;同時通過算例與其他方法進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明,改進(jìn)的單面響應(yīng)面法不僅不會增加計算的數(shù)學(xué)難度,又能提高計算的精度。

在以響應(yīng)面法分析結(jié)構(gòu)可靠度中,提出了一種區(qū)別于通常以插值點為中心展開生成樣本點組的新方法:在求解過程中,用插值點逐步替代初始樣本點組中距離驗算點較遠(yuǎn)的點,目的是使所選取的樣本點集中于真實極限狀態(tài)曲面上的驗算點附近,重新構(gòu)成下一輪迭代所需的一組樣本點,直至滿足收斂條件。算例表明,采用新方法可使結(jié)構(gòu)的分析次數(shù)顯著減少,并改善了對非線性程度較高的極限功能函數(shù)求解可靠指標(biāo)的收斂性。同時,將該方法應(yīng)用于一座擬建自錨式斜拉-懸吊體系橋正常使用極限狀態(tài)下的可靠度分析中。

本文對邊坡穩(wěn)定性問題作了簡要的分析,介紹了基于蒙特卡洛法原理分析邊坡可靠度的方法,使用簡化畢肖普法建立了土體的狀態(tài)函數(shù),并給出了隨機變量的選取方法,提出使用計算機程序計算的具體步驟,最后對基于蒙特卡洛法的邊坡可靠度分析方法做了總結(jié)。

傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性分析常以安全系數(shù)作為評價指標(biāo)，然而，安全系數(shù)并未考慮各影響因素的變異性及不確定性，其大小無法體現(xiàn)邊坡的安全程度?？煽慷确治龇椒▽⒏怕式y(tǒng)計和可靠度理論引入邊坡工程穩(wěn)定性分析中，考慮了各影響因素不確定性，將設(shè)計參數(shù)作為隨機變量，得到可靠度或失效概率作為邊坡安全程度的評價指標(biāo)，不是簡單給出安全或失穩(wěn)的結(jié)論。以某一邊坡工程為例，基于蒙特卡羅法對其進(jìn)行可靠度分析，說明該方法的合理性及實用性。

一般響應(yīng)面方法由于逼近的是功能函數(shù)而非極限狀態(tài)方程,因而精度有時不高。為克服此不足,提出一種極限狀態(tài)響應(yīng)面法。該方法利用位于極限狀態(tài)曲面上的樣本點來重構(gòu)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程,因而模擬出的極限狀態(tài)曲面精度較高。由此提出一種算法,通過逐步修正求解得到的設(shè)計點以實現(xiàn)在設(shè)計點附近較高精度地逼近結(jié)構(gòu)真實極限狀態(tài)方程。該方法同時克服了重構(gòu)極限承載力曲面方法不能適用多個荷載隨機變量的缺點。數(shù)值算例表明該方法具有較高的精度,適用范圍廣,而且所需樣本點數(shù)量少。

對于實際工程,往往不能明確功能函數(shù)。本文通過響應(yīng)面法來模擬實際工程的功能函數(shù)。再結(jié)合form法,可直接應(yīng)用現(xiàn)用的結(jié)構(gòu)分析軟件,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析。

針對高混凝土壩可靠度分析中極限狀態(tài)函數(shù)不能顯式表達(dá)且隨機變量復(fù)雜的特點,基于變量的隨機敏感性因子改進(jìn)響應(yīng)面法,提出了適用于高混凝土壩復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的改進(jìn)響應(yīng)面法。算例結(jié)果表明,該法計算效率高、實用性強,是高混凝土壩及復(fù)雜水工結(jié)構(gòu)物可靠度分析的較好途徑。

響應(yīng)面法可以應(yīng)用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)隱式極限狀態(tài)方程的可靠性分析,然而至今可靠度響應(yīng)面法的計算精度仍是未完全得以解決的問題。本文分析了響應(yīng)面法計算結(jié)構(gòu)可靠度的實質(zhì),指出了已有可靠度響應(yīng)面法研究中存在的認(rèn)識誤區(qū),并揭示了可靠度響應(yīng)面法計算誤差的真正原因。在此基礎(chǔ)上,提出了改進(jìn)響應(yīng)面法用以解決傳統(tǒng)響應(yīng)面法收斂失敗和計算誤差大的問題,算例結(jié)果證實了所提方法的有效性與精度。最后,指出了可靠度響應(yīng)面法的進(jìn)一步研究方向。

為了求解劣化環(huán)境作用時混凝土橋梁的時變可靠度,建立了基于改進(jìn)響應(yīng)面法和確定性的混凝土橋梁退化過程分析方法相結(jié)合的混凝土橋梁時變可靠度分析方法.利用fortran95分別編寫了混凝土橋梁耐久性分析程序cbdas和可靠度分析程序pirsm.以一座預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁為對象,分析了不同極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)力學(xué)性能指標(biāo)的可靠度隨時間的演變過程,結(jié)果表明,混凝土正應(yīng)力的可靠度指標(biāo)由成橋時刻的2.16減小到成橋100年后的0.82,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在正常使用極限狀態(tài)下的力學(xué)性能指標(biāo)更有可能出現(xiàn)耐久性不足的情況.提出的時變可靠度計算方法克服了復(fù)雜體系結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程通常是隱式的問題,實現(xiàn)了混凝土橋梁時變可靠度的求解目標(biāo).

對功能函數(shù)不能明確表達(dá)即具有隱式功能函數(shù)的問題進(jìn)行可靠度分析,常采用響應(yīng)面法。其中二次多項式響應(yīng)面法應(yīng)用較為廣泛,采用與此方法相同的思路,人們提出了bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法。在此基礎(chǔ)之上,筆者提出了改進(jìn)的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法。對以上方法計算效果,通過算例進(jìn)行了對比分析,其中改進(jìn)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)面法計算精度較好,進(jìn)行有限元分析次數(shù)較少。該方法用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠度分析,可相應(yīng)提高工作效率和解題質(zhì)量,具有一定實際應(yīng)用價值。

邊坡可靠度風(fēng)險評價分析——確定性設(shè)計安全系數(shù)法由于簡單易行得到了廣泛的應(yīng)用?？煽慷确椒ㄔ谝欢ǔ潭壬蠌浹a了確定性設(shè)計中不能考慮實際工程中巖體參數(shù)離散性的問題,使設(shè)計更加符合實際情況。函數(shù)連分式方法在邊坡一次二階矩概率設(shè)計中可以方便地計算出狀態(tài)函...

在目前的結(jié)構(gòu)可靠度分析法中,響應(yīng)面法被認(rèn)為式一種相對精確法。詳細(xì)介紹了采用響應(yīng)面方法結(jié)合數(shù)值試驗對其進(jìn)行擬合,求系統(tǒng)的可靠度,并應(yīng)用于某地下巖體空間圍巖穩(wěn)定的可靠性分析。