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区间干涉下衬砌结构系统非概率可靠度研究

铁道工程学报 2017年第1期34卷 86-90页

作者：王景春康建超侯卫红石家庄铁道大学石家庄050043 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄050043

研究目的:衬砌结构进行非概率可靠性分析时,非概率可靠度指标0<η<1,结构发生应力-强度区间干涉。同时衬砌结构系统可靠度分析时,系统各单元失效概率多采用基于概率理论和模糊理论的传统方法。基于此,本文提出应力-强度非概率区间干涉模... 详细信息

研究目的:衬砌结构进行非概率可靠性分析时,非概率可靠度指标0度区间干涉。同时衬砌结构系统可靠度分析时,系统各单元失效概率多采用基于概率理论和模糊理论的传统方法。基于此,本文提出应力-强度非概率区间干涉模型,以失效域面积与不确定变量构成的总面积之比表征衬砌结构非概率失效度,并结合"概率网络估算法"将其运用在隧道结构系统非概率可靠度分析中。研究结论:(1)成功解决了区间干涉情况下衬砌结构非概率失效度的求解问题,并且证明了非概率失效度与概率理论所得失效度具有相容性;(2)可以运用衬砌结构区间干涉模型对隧道结构系统中各衬砌单元进行非概率可靠度计算分析;(3)该研究成果为隧道结构系统可靠度分析提供了一种新的可行方法,同时使实际工程中非概率可靠度分析中的区间干涉问题得到解决。

关键词：非概率可靠度应力-强度区间干涉模型衬砌结构串联系统

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边坡凸集模型非概率可靠度求解方法

公路交通科技 2022年第5期39卷 57-64页

作者：高乐星梁斌吴政湖南工业大学土木工程学院湖南株洲412007

针对边坡工程稳定性分析中,因获取的参数原始样本信息的有限性,以及基于概率可靠性的常规可靠度计算方法的局限性,引入了边坡凸集模型非概率综合指标,形成了样本信息模糊特征条件下的边坡非概率可靠度求解方法。首先,根据有限的样本信... 详细信息

针对边坡工程稳定性分析中,因获取的参数原始样本信息的有限性,以及基于概率可靠性的常规可靠度计算方法的局限性,引入了边坡凸集模型非概率综合指标,形成了样本信息模糊特征条件下的边坡非概率可靠度求解方法。首先,根据有限的样本信息为参数划定一大致区间,在此区间构建边坡超椭球凸集模型。然后运用拉丁超立方抽样进行区间内采样,由于边坡工程的极限状态方程一般呈高度非线性隐式特征,采用Kriging代理模型来拟合其功能函数。最后,根据非概率可靠度和概率可靠度的相容性,引入非概率指标η,综合评估边坡的稳定性。当η>1时,评估标准为在标准的向量空间内坐标原点到极限状态曲面的最短距离;当0概率可靠度作为评估指标,此时运用蒙特卡洛法依托MATLAB程序语言即可求得边坡的可靠度指标。算例表明:该方法切实可行,计算高效,结果精确。为概率可靠性方法做了有益的拓展和补充,也为求解边坡可靠度提供了新的可能性。最后,在某实际边坡工程样本信息不完备的情况下运用此方法,结果显示该边坡的失效风险很低,与简化Bishop法分析结论一致,并符合《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG 2120—2020)中高速公路路基目标可靠度指标标准。

关键词：道路工程超椭球凸集模型非概率可靠度边坡代理模型

基于二次正交试验的隧道非概率可靠度方法研究

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土木工程学报 2017年第S2期50卷 105-111页

作者：孙明社郭小红王梦恕王剑晨北京交通大学北京100044 中国建筑技术中心北京101300 北京城建集团有限责任公司博士后工作站北京100088

根据二次回归正交试验设计,研究隧道工程非概率可靠度问题。首先,构建了显式二次响应面功能函数,并对回归待定系数进行显著性检验,判断各不确定变量对响应面函数的影响程度。其次,将二次响应面函数与非概率可靠度分析方法相结合,把可靠... 详细信息

根据二次回归正交试验设计,研究隧道工程非概率可靠度问题。首先,构建了显式二次响应面功能函数,并对回归待定系数进行显著性检验,判断各不确定变量对响应面函数的影响程度。其次,将二次响应面函数与非概率可靠度分析方法相结合,把可靠度指标的解答转化为基于功能函数梯度信息的最优化问题求解。通过编写基于Rosen梯度投影法的MATLAB程序,获得响应面函数的极值区间,进而求得非概率可靠度指标。最后,应用该方法分析了某隧道工程拱顶围岩稳定可靠度,与概率可靠度结果对比,结果表明基于响应面法的非概率可靠度方法的可行性。

关键词：回归正交试验响应面法非概率可靠度最优化梯度投影法

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带裂缝钢梁非概率可靠度评估

科学技术与工程 2016年第16期16卷 271-275页

作者：宋军王明斌姜睿于晓陈富艳鲁东大学烟台264000

引入非概率区间评估方法评价带裂缝钢梁的安全性,包含了三个要素:建立区间缺陷评估曲线,定义评估矩形图,求出非概率可靠度,基于区间理论,把裂缝大小、材料性能、荷载分别定义为不确定参数。最后通过数值模拟计算带裂缝钢梁的不确定参数... 详细信息

引入非概率区间评估方法评价带裂缝钢梁的安全性,包含了三个要素:建立区间缺陷评估曲线,定义评估矩形图,求出非概率可靠度,基于区间理论,把裂缝大小、材料性能、荷载分别定义为不确定参数。最后通过数值模拟计算带裂缝钢梁的不确定参数区间,采用非概率可靠度缺陷评估方法对其进行安全性评估,评估结果与可靠度方法进行对比分析,验证了该方法的准确性。

关键词：非概率可靠度区间评估不确定参数

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基于凸集模型的桥梁非概率可靠度研究

基于凸集模型的桥梁非概率可靠度研究

作者：苏小培云南大学

学位级别：硕士

在工程结构中存在着不确定性,包括随机性、模糊性和未确知性。而针对随机性的概率可靠度理论在桥梁承载力评估过程中表现出的本质上的不协调和不适应,因此本文拟对既有桥梁结构评估的非概率时变可靠度进行研究,提出对既有桥梁结构进行... 详细信息

在工程结构中存在着不确定性,包括随机性、模糊性和未确知性。而针对随机性的概率可靠度理论在桥梁承载力评估过程中表现出的本质上的不协调和不适应,因此本文拟对既有桥梁结构评估的非概率时变可靠度进行研究,提出对既有桥梁结构进行非概率可靠度评估的新技术。本文着重解决非概率可靠度理论在桥梁工程中所涉及到的根本问题,其主要研究内容如下：(1)基于凸集的椭球模型结构非概率可靠度计算的基本理论研究,得出基于凸集的椭球模型的相关数学表达式,分析该模型的适用条件和优缺点。(2)基于区间运算的可靠度分析,主要包括区间数的定义,区间的运算格式,区间的获取方法研究,以及常见结构功能衰减参数的表达形式。然后研究基于桥梁的结构抗力与荷载效应的非概率可靠度指标的具体求解方法。(3)结构非概率可靠度评估体系研究,通过对基于实际检测数据的非概率时变可靠度评定理论的研究,可以对影响现役钢筋混凝土结构桥梁抗力的诸多因素进行分析,并研究在这些因素影响下的结构性能退化机理和随时间变化的数学模型,可得出在这些因素的综合影响下结构的时变抗力值。(4)对现役钢筋混凝土拱桥的荷载效应进行分析,在同时考虑混凝土损失和钢筋损伤及材料劣化的情况下,分析了矩形截面既有钢筋混凝土构件偏心受压的时变计算模型,给出了时变抗力计算的简化公式,针对其计算特点,给出了判别大小偏心受压的判断条件。极大的简化了桥梁评估的工作量和难度。本文将突破传统桥梁承载力评定仅仅依赖概率可靠度理论的局面,使结构的不确定性分析更为全面,有助于更加客观真实地对桥梁结构进行综合评定。

关键词：桥梁工程承载力评估非概率可靠度寿命预测

基于区间理论的隧道衬砌结构系统非概率可靠度研究

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基于区间理论的隧道衬砌结构系统非概率可靠度研究

作者：康建超石家庄铁道大学

学位级别：硕士

隧道衬砌结构可靠度问题受到越来越的关注。在分析可靠度的过程中,理论方法的选择对于隧道结构的稳定性分析结果至关重要。衬砌结构可靠度分析结果的合理性和精确度大小不仅关系到结构的稳定性,而且对隧道工程的相关决策会产生影响。因... 详细信息

隧道衬砌结构可靠度问题受到越来越的关注。在分析可靠度的过程中,理论方法的选择对于隧道结构的稳定性分析结果至关重要。衬砌结构可靠度分析结果的合理性和精确度大小不仅关系到结构的稳定性,而且对隧道工程的相关决策会产生影响。因此在隧道结构可靠度分析过程中分析方法的选择尤为重要。本文通过对隧道工程结构的特性进行分析,在对传统基于概率理论的可靠度分析法进行研究后,采用基于区间理论的非概率可靠度模型对衬砌结构进行可靠度分析。首先,全面阐述了区间数学理论,结合非概率可靠度思想,分析了基于区间理论的非概率可靠度模型。对分析过程中,区间运算产生的扩张问题及对应的解决方法着重研究分析。其次,针对隧道工程特性,对影响衬砌结构可靠度的不确定因素进行研究,并以区间变量来表示参数的不确定性。基于正常使用极限状态和承载力极限状态建立衬砌结构非概率可靠度模型,对复杂非线性功能函数采用一维优化算法,将非概率可靠度指标转化为求解若干一元代数方程球根问题。然后,在区间非概率可靠度的基础上,将隧道结构视为串联系统并进行系统可靠度分析。针对衬砌结构极限状态下发生应力——强度区间干涉的情况,采用区间干涉模型进行分析,得到区间干涉情况下衬砌结构的非概率可靠度。最后结合工程实例,证明区间非概率可靠度法和区间干涉非概率模型的结合能使隧道衬砌结构可靠度分析结果更合理,对实际隧道工程在设计和管理等方面提供更多指导意义。

关键词：衬砌结构区间理论非概率可靠度一维优化算法区间干涉集合模型系统可靠度

基于区间理论的基坑围护结构系统非概率可靠度研究

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基于区间理论的基坑围护结构系统非概率可靠度研究

作者：徐鹏飞石家庄铁道大学

学位级别：硕士

随着我国经济建设和城市现代化的飞速发展,基坑工程日益增多,有关基坑坍塌的工程事故也屡见不鲜,因此基坑围护结构稳定性的研究也成为目前基坑工程中最重要的研究课题之一。然而,基坑工程中岩土介质高度的不确定性和变异性、计算模型的... 详细信息

随着我国经济建设和城市现代化的飞速发展,基坑工程日益增多,有关基坑坍塌的工程事故也屡见不鲜,因此基坑围护结构稳定性的研究也成为目前基坑工程中最重要的研究课题之一。然而,基坑工程中岩土介质高度的不确定性和变异性、计算模型的不同等诸多不确定性因素,以及由于工程地质条件、岩组划分、取样方法等,限制了岩土力学参数大量样本数据的获得,使得岩土力学参数取值具有区间性,而缺少了参数的全部信息。因此,基于主观分布假设下的传统的可靠度计算结果通常与实际情况有较大差别,有必要对上述问题进行进一步的讨论及研究。本文采用区间理论和非概率可靠度思想,首先对基坑围护结构型式及破坏模式进行分析,考虑基坑围护结构岩土力学参数区间性的特点,构建其相应的区间非概率可靠度分析模型,并结合重力式基坑工程实例对其抗滑、抗倾覆稳定的非概率可靠度指标进行计算,得到了满足设计要求的结果。其次,通过系统工程及典型结构系统的可靠度基本理论,建立了基坑围护结构系统区间非概率可靠度分析方法,结合工程实例计算其系统的非概率可靠度,根据计算结果验证基坑围护结构系统非概率可靠性分析的正确性与实用性。最后根据基坑土钉支护的具体工程实例,分析研究基坑围护结构单元与系统设计参数的敏感性。分析发现,重度γ、黏聚力c及内摩擦角ψ的变异性对基坑围护结构单元与系统的非概率可靠指标β的影响较γ、c、ψ的均值影响要大,其变异性的影响规律一般为:ψ的变异性对土钉支护结构非概率可靠度影响比较大,γ的变异性的影响次之,c的变异性的影响最小,在设计中可以作为常量考虑,这一规律对基坑围护结构可靠度优化设计及安全施工具有一定的参考价值。

关键词：围护结构区间理论非概率可靠度系统分析敏感性分析

基于高斯过程—粒子群优化算法的工程结构非概率可靠度分析方法

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基于高斯过程—粒子群优化算法的工程结构非概率可靠度分析方法

作者：郝俊猛广西大学

学位级别：硕士

传统结构的可靠度分析围绕不确定性展开,一般以随机可靠性模型和模糊可靠性模型来确定,并以模型中不确定变量的概率密度函数为基础,然而不确定变量的概率密度函数的确定则需要大量的数据和精确的样本信息,在实际工程中很难满足,因此,有... 详细信息

传统结构的可靠度分析围绕不确定性展开,一般以随机可靠性模型和模糊可靠性模型来确定,并以模型中不确定变量的概率密度函数为基础,然而不确定变量的概率密度函数的确定则需要大量的数据和精确的样本信息,在实际工程中很难满足,因此,有关学者提出不需要知道变量的分布,仅需要知道变量范围的非概率模型进行结构可靠度分析。有关研究表明,非概率可靠度模型比概率模型更合理,更能够满足实际工程结构的需要。而随着非概率可靠度理论的发展,概率与非概率混合可靠度的研究也逐渐成为探讨的热点。本文对非概率可靠度模型、概率与非概率混合可靠度模型进行分析,针对复杂结构对应的功能函数具有高度非线性、隐式表达等特征,采用传统方法难以高效求解的问题,提出了基于高斯过程回归动态响应面的粒子群优化方法,该方法利用高斯过程回归模型在处理高度非线性隐式函数问题上的优势,能够自适应获取最优超参数,并在动态更新学习样本的基础上,进行自适应学习,使得高斯过程回归模型能够精确的拟合隐式结构的功能函数,实现小样本下隐式函数的显示表达,然后利用全局寻优能力强的粒子群优化算法搜索设计点,并通过构造合理的迭代方式,利用各迭代步的设计点信息动态提升响应而对结构功能函数的重构精度,最后,以迭代完成后的最终的设计点为中心求解可靠指标值。本文通过经典的数学算例和工程算例验证本文方法的可行性,并与传统响应面方法进行比较分析,为复杂结构的非概率可靠度问题提供一条高效快速的求解思路。研究表明,本文针对非概率可靠度模型、概率与非概率混合可靠度模型可靠指标求解的方法均是可行的,具有计算效率高和计算代价低等优点,对于求解计算代价高的具有隐式功能函数特征的非概率可靠度问题具有良好的适用性,与基于二次多项式的传统响应面法相比较,该方法的计算效率与计算精度均较高,且易于与已有的有限元软件相结合,适用于求解具有隐式功能函数且计算耗时的复杂结构非概率可靠度问题。

关键词：非概率可靠度响应面高斯过程粒子群优化算法

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基于椭球模型的土坡稳定性非概率可靠度分析

基于椭球模型的土坡稳定性非概率可靠度分析

作者：鄢好成都理工大学

学位级别：硕士

边坡可靠度分析在岩土工程中得到了越来越多的应用,传统的概率可靠度分析已经发展的较完善。然而,实际岩土工程中,数据信息少,难以获取各参数的精确分布,使传统的概率可靠度分析方法的应用受到限制。因此,非常有必要引入非概率可靠度分... 详细信息

边坡可靠度分析在岩土工程中得到了越来越多的应用,传统的概率可靠度分析已经发展的较完善。然而,实际岩土工程中,数据信息少,难以获取各参数的精确分布,使传统的概率可靠度分析方法的应用受到限制。因此,非常有必要引入非概率可靠度分析方法来分析边坡稳定性。一般来说,非概率可靠度分析模型只需随机变量的变化范围即可,突破了传统概率求解可靠度的局限性。本文以椭球模型为研究对象,将其应用于无限长边坡、二维边坡的可靠度分析,对于功能函数为隐式函数的边坡,发展了基于极限学习机（Extreme Learning Machine-ELM）模型的非概率可靠度分析方法。主要研究内容和成果如下:（1）详细阐述了椭球模型与区间模型的关联与区别,采用Khachiyan法提取参数特征,根据参数相关性构建高维椭球,并用土体试验数据验证了相关性近似建模的高效、适用性;（2）将基于椭球模型的一阶近似可靠度分析方法应用于一维无限长边坡的可靠度评价,以新加坡裕廊地区的残积土试验数据为例,比较了非概率可靠度与概率可靠度,区分了区间模型与椭球模型之间的差异。研究发现,在参数信息较少时,概率可靠度分析方法的（联合）概率密度函数的选择具有主观性,且对计算结果有较大影响,而非概率可靠度分析方法的评价更客观;椭球模型比区间模型更具优势,能考虑参数的相关性。（3）对于高非线性的极限状态函数,一阶近似可靠度分析方法的计算误差较大,因而提出了二阶近似可靠度计算方法。该方法将极限状态函数在设计点处Taylor级数展开取至二次项,用设计点处的平均曲率代替原始曲率,构造新的失效曲面。然后,结合边坡稳定性分析模型和响应面代理模型技术,发展了基于响应面法的非概率可靠度分析方法,应用于二维边坡的可靠度评价,并讨论了参数变异性对边坡非概率可靠度的影响。（4）针对多项式响应面模型不便于处理高非线性问题,提出了使用粒子群算法（Partical Swarm Optimization-PSO）优化ELM模型构建边坡响应面函数,发展了基于ELM模型的非概率可靠度分析方法,并应用于延安新区和黑方台地区的黄土边坡的可靠度评价。

关键词：椭球模型非概率可靠度无限长边坡参数相关性响应面法极限学习机