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结构可靠度分析的高斯过程重要抽样方法

水力发电 2010年第12期36卷 31-33,50页

作者：肖义龙苏国韶广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

针对传统复杂水工结构可靠度分析方法的局限性,提出了结构可靠度分析的高斯过程重要抽样方法。通过高斯过程机器学习方法实现结构功能函数及其偏导数的显式表达,进而结合传统重要抽样法计算结构的失效概率与可靠指标。实例验证了方法的... 详细信息

针对传统复杂水工结构可靠度分析方法的局限性,提出了结构可靠度分析的高斯过程重要抽样方法。通过高斯过程机器学习方法实现结构功能函数及其偏导数的显式表达,进而结合传统重要抽样法计算结构的失效概率与可靠指标。实例验证了方法的可行性,与传统方法相比较,高斯过程重要抽样方法具有计算精度高、计算效率高和参数自适应化等优点。

关键词：结构可靠度分析高斯过程抽样方法 Reliability Analysis Sampling Method 机器学习方法重要抽样法参数自适应显式表达实现结构实例验证失效概率可靠指标计算效率计算精度计算结构功能函数分析方法传统方法偏导数

一种基于预期可行性差分函数的结构可靠度分析方法

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一种基于预期可行性差分函数的结构可靠度分析方法

第十三届全国随机振动理论与应用学术会议暨第十一届全国随机动力学学术会议

作者：李大帅戴鸿哲哈尔滨工业大学

自适应Kriging模型最近在可靠度分析中得到了广泛的应用。然而在处理小失效概率问题时,对这些问题进行可靠度分析仍非常困难,需要大量调用昂贵的功能函数。针对这一难题,本文建立了区域自适应Kriging可靠度分析方法(AK-MCS+DEFFU),该方... 详细信息

自适应Kriging模型最近在可靠度分析中得到了广泛的应用。然而在处理小失效概率问题时,对这些问题进行可靠度分析仍非常困难,需要大量调用昂贵的功能函数。针对这一难题,本文建立了区域自适应Kriging可靠度分析方法(AK-MCS+DEFFU),该方法采用了新的学习函数与终止条件。一方面,通过考虑新增样本后整个新增样本邻域内Kriging模型不确定性的变化,定义了一个能够衡量新增样本邻域内预期可行性函数变化的差分函数(DEFFU)。另一方面,根据功能函数预测值的符号错误概率给出失效概率估计值的置信区间,从而提出了一个与估计相对误差相关的新的停止标准。当计算所得的最大相对误差满足预设的阈值时,自适应采样过程自动终止。本文通过四个数值算例,将提出的方法与几个最先进的方法进行了比较。结果表明,所提出的方法能够以较低的计算成本提供准确的失效概率估计。

关键词：结构可靠度分析 kriging模型主动学习预期可行性函数

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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高RCC拱坝结构可靠度分析与破坏试验研究

水力发电 2002年第11期28卷 24-27页

作者：陈刚张林陈健康陈建叶大渡河流域水电开发有限公司四川成都610016 四川大学水利水电工程学院四川成都610065

结合“九五”国家科技攻关课题 ,采用坝体结构可靠度数值计算与坝体破坏模型试验相结合的方法 ,分析了沙牌高碾压混凝土拱坝设缝后诱导缝及坝体开裂失效的可能性 ,以及大坝结构的安全性和可能的破坏机制等工程关键技术问题。

关键词：碾压混凝土拱坝结构可靠度分析破坏试验诱导缝沙牌水电站

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基于粒子滤波的结构可靠度分析

基于粒子滤波的结构可靠度分析

作者：黄睿东南大学

学位级别：硕士

建筑结构从投入使用就面临着外界荷载的长期作用、环境对结构的侵蚀和建筑材料老化等一系列问题,保证建筑结构在这些影响因素下的可靠度就显得格外重要,而失效概率作为结构可靠性的评价标准之一,其计算方法近年来也是成为了许多学者的... 详细信息

建筑结构从投入使用就面临着外界荷载的长期作用、环境对结构的侵蚀和建筑材料老化等一系列问题,保证建筑结构在这些影响因素下的可靠度就显得格外重要,而失效概率作为结构可靠性的评价标准之一,其计算方法近年来也是成为了许多学者的研究重点。但目前很多方法都极度依赖于结构的极限承载力方程,这对复杂性结构来说适用性很低,所以数值模拟方法也就发展起来了。本文则基于粒子滤波算法,从以下两方面出发对结构的可靠度进行计算分析:首先,就结构自身而言,其性能参数会因为多种因素的影响而存在着不确定性,进而对结构的可靠度带来一定的影响。为了对结构进行考虑参数不确定性的可靠度分析,本文提出采用粒子滤波算法生成结构参数概率密度函数的方法,在获得了结构参数概率知识的基础上,根据相应规范来计算出结构的失效概率,从而得到结构对应的可靠度。其次,就结构所受的外界荷载来看,地震作用是最常见的,对建筑结构的可靠度也有着不可忽视的影响。地震作用的不确定性是不可消除的,因此本文则着重考虑地震作用的不确定性,对结构进行可靠度分析。考虑到既有结构的性能参数会随着外界荷载作用和使用时间的累积而发生变化,所以对这些既有结构进行可靠度分析时,必须首先识别出其当前状态下物理参数的真实值。本文提出采用粒子滤波算法识别结构参数的方法,在可靠度分析之前识别出既有结构的参数真实值,同时对于结构参数发生突变的结构提出了一种自适应粒子滤波识别算法。随后根据识别出的结构参数真实值构建计算模型,用蒙特卡罗法对结构进行考虑地震动不确定性的可靠度分析。由于真实地震波的数据相对匮乏,所以通过研究真实地震波相位谱的特性,采用改进的分式布朗运动模型来拟合地震动,进而获得足够的地震波数据来进行可靠度分析。本文所提出的基于粒子滤波的可靠度计算方法,可以从结构自身参数和外界地震荷载作用两个维度出发对结构进行可靠度分析,定量化分析两大因素对结构可靠度的影响效果,为结构可靠度分析方法提供新的思路,同时也有利于既有建筑结构的科学管理。

关键词：粒子滤波自适应粒子滤波参数识别分式布朗运动 Clough模型不确定性结构可靠度分析

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基于贡献度分析的结构可靠度分析方法

基于贡献度分析的结构可靠度分析方法

作者：张钰湖南大学

学位级别：硕士

在实际的土木工程问题中,物理参数、外荷载和边界条件具有不确定性,这些不确定性会极大地影响到诸如位移、剪力和弯矩的系统输出。因此,为实现结构设计的可靠性和保证结构安全,考虑这些不确定性进行结构可靠度分析是十分必要的。近些年... 详细信息

在实际的土木工程问题中,物理参数、外荷载和边界条件具有不确定性,这些不确定性会极大地影响到诸如位移、剪力和弯矩的系统输出。因此,为实现结构设计的可靠性和保证结构安全,考虑这些不确定性进行结构可靠度分析是十分必要的。近些年来研究人员发展了不同的数值方法用于可靠度分析,例如基于抽样的方法,基于矩的方法和代理模型等。随着计算机技术的发展,越来越精细的数值模型将应用于实际工程,探究高效的可靠性分析方法是一个关键问题。在本文中,首先利用一种称之为贡献度分析的高效灵敏性分析方法确定随机变量间的关系,随后基于贡献度分析的结果,本文提出了几种高效的数值方法用于可靠度分析:(1)通过引入贡献度分析,将输入系统的原始随机变量分为几个子向量:其中一个包含若干相互联系紧密的随机变量,其余子向量各包含一个与其他变量联系较弱的随机变量。根据贡献度分析结果和一种精确降维模型,本文建立了一种新的自适应降维模型。将求解统计矩的高维高斯权重积分分解为一个低维高斯权重积分和若干个一维高斯权重积分,该策略仅需要较少的计算量便可求解系统响应的统计矩。然后通过结合一种5-7阶的容积公式,提出了一种混合求矩方法。一旦得到功能函数的统计矩,可利用一种灵活的参数化概率密度函数模型(Pearson系统)来重构结构功能函数潜在的概率密度函数,而失效概率和可靠指标便可以很容易地通过该概率密度函数计算得到。(2)本文提出两种新的多项式混沌展开方法。根据基于贡献度分析的降维模型,原始结构功能函数可分解为一个低维子函数和若干一维子函数的和的形式。然后可利用完全的多项式混沌展开方法和稀疏的多项式混沌展开方法替代每个子函数。由于避免了直接重构复杂的原始功能函数,通过构造结合基于贡献度分析的降维模型的多项式混沌展开极大地降低了计算压力,同时精度也可得到保证。一旦建立了功能函数的多项式混沌展开代理模型,便可利用蒙特卡洛模拟方法进行结构可靠度分析。(3)本文提出一种改进的基于分数阶矩的最大熵方法。首先利用Laplace变换将分数阶矩转换为Laplace分数阶矩。通过结合基于贡献度分析的混合求矩方法和5阶容积公式求解Laplace分数阶矩。然后利用两种有效策略减少分数阶矩最大熵方法的分数阶阶数和拉格朗日乘子初值个数,从而使得改进的最大熵方法仅需要确定一个初值条件。因此功能函数的概率密度函数可以通过改进的最大熵方法建立,并且结果的鲁棒性得到了改善。(4)考虑到输入随机变量间的相关性,本文提出一种直接变换的方法用于结构可靠度分析。估计统计矩时,利用基于贡献度分析的混合求矩方法和协方差矩阵生成考虑变量间相关性的积分点。一旦求解得到功能函数的统计矩,便可利用改进的最大熵方法重构功能函数的概率密度函数。

关键词：结构可靠度分析贡献度分析容积公式降维模型多项式混沌展开分数阶矩最大熵方法

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钢骨混凝土结构可靠度分析

钢骨混凝土结构可靠度分析

作者：房长宇华中科技大学

学位级别：硕士

钢骨混凝土结构主要应用于抗震设防区的高层建筑中,在设计基准期内,除承受上部荷载作用外,还要承受地震作用,必须具备必要的安全性和可靠性。鉴于多遇地震作用下钢骨混凝土结构抗震可靠度研究工作还不够充分,本文用“校准法”对钢骨混... 详细信息

钢骨混凝土结构主要应用于抗震设防区的高层建筑中,在设计基准期内,除承受上部荷载作用外,还要承受地震作用,必须具备必要的安全性和可靠性。鉴于多遇地震作用下钢骨混凝土结构抗震可靠度研究工作还不够充分,本文用“校准法”对钢骨混凝土梁进行受弯、受剪可靠度分析,采用MATLAB 编写程序并计算典型工程实例的可靠指标,同时研究了一些基本随机变量对梁可靠度的影响。在此基础上将梁看作串联体系,计算了梁的体系可靠指标以及剪切破坏概率占总体失效概率的比例。此外通过雅克比矩阵解决了蒙特卡罗直接抽样法无法进行灵敏度分析的问题。适用性的不足,将会导致钢骨混凝土结构提前失效而达不到预定的设计使用年限。本文分别讨论了基于裂缝宽度和挠度的正常使用极限状态的可靠度,综合考虑各种随机变量的影响,找出钢骨混凝土梁此时可靠指标的分布范围,分析其用于住宅和办公楼时的可靠性差异。另外为了提高抽样效率,本文介绍了蒙特卡罗重要抽样法的计算原理及其验算点的选取问题,并为重要性抽样法设置双参数来控制其抽样次数上、下限。本文借助有限元法进行了风荷载作用下钢骨混凝土框架结构位移控制的可靠度分析,然后对比了蒙特卡罗直接抽样法、拉丁超立方体抽样法和响应面法的抽样效率和计算精度,结果表明这些算法在计算小失效概率时并非理想。鉴于此,本文首先用拉丁超立方体法进行200 次左右的结构分析,在此基础上模拟出结构顶点位移的分布模式和分布参数,进而用直接积分法来计算失效概率。

关键词：钢骨混凝土结构结构可靠度分析承载能力极限状态正常使用极限状态可靠指标

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大坝安全定期检查时的结构可靠度分析

大坝与安全 1994年第1期9卷 19-24页

作者：吴熊飞沈海尧电力工业部大坝安全监察中心

结构可靠度理论经过四十余年的研究发展,业已进入实用阶段.该理论把影响结构安全的诸因素当作随机变量,以统计资料为基础结合工程经验确定变量的数字特征,以可靠指标或失效概率作为度量结构安全程度的客观的统一标准.基于可靠度理论的... 详细信息

结构可靠度理论经过四十余年的研究发展,业已进入实用阶段.该理论把影响结构安全的诸因素当作随机变量,以统计资料为基础结合工程经验确定变量的数字特征,以可靠指标或失效概率作为度量结构安全程度的客观的统一标准.基于可靠度理论的工程结构概率极限状态设计法已成为当前国内外工程结构设计方法的发展趋势.国内各工程结构领域以可靠度理论为基础编制的各类工程结构可靠度设计统一标准已基本完成。

关键词：结构可靠度分析工程结构水利水电行业扬压力可靠度理论水工统标失效概率随机变量数字特征定检

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工程结构可靠度分析简介(基本概念部分)

江西水利科技 1986年第4期 25-35页

作者：王省离江西工业大学土建系水工教研室

一、概述截面或构件的设计,应使所设计的结构构件在使用期内,力求在经济合理前提下满足以下四项功能要求: (1)能承受在施工和使用期内可能出现的各种作用[作用是指荷载与变形(外加变形或约束变形)的总称]; (2)在正常使用期内具有良好... 详细信息

一、概述截面或构件的设计,应使所设计的结构构件在使用期内,力求在经济合理前提下满足以下四项功能要求: (1)能承受在施工和使用期内可能出现的各种作用[作用是指荷载与变形(外加变形或约束变形)的总称]; (2)在正常使用期内具有良好的工作性能; (3)具有足够的耐久性; (4)在偶然事件出现时及发生后。能保持必要的整体稳定性。这四项功能要求中,(1)、(4)两项关系到人身安全,要用结构的安全性来描述;第(2)

关键词：结构可靠度分析结构构件整体稳定性极限状态可靠度计算正常使用期工作性能功能函数构件设计失效概率

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基于人工神经网络JC法的结构可靠度分析

产业与科技论坛 2012年第11期11卷 75-76页

作者：张飞佟剑杰崔永建吉林省水利水电勘测设计研究院

在对混凝土重力坝进行结构可靠度分析时,由于工程的复杂性,传统可靠度计算方法不再方便,本文基于此,提出引进人工神经网络JC法模拟建立复杂的非线性映射关系,从而进行结构的可靠度计算。并以算例验证表明人工神经网络JC法在结构可靠度... 详细信息

在对混凝土重力坝进行结构可靠度分析时,由于工程的复杂性,传统可靠度计算方法不再方便,本文基于此,提出引进人工神经网络JC法模拟建立复杂的非线性映射关系,从而进行结构的可靠度计算。并以算例验证表明人工神经网络JC法在结构可靠度分析方面具有较好的的实用性和操作性。

关键词：结构可靠度分析功能函数人工神经网络JC法