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《浙江大学》 2007年
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长距离输水工程的关键结构体系可靠度研究

唐纯喜  
【摘要】: 实际工程中存在大量的不确定性,定量描述和把握不确定性对工程的影响,对保障工程的安全性具有重要的意义。长距离输水工程规模大、线路长,面对众多复杂的不确定环境因素影响,其安全性倍受关注。从宏观上看,长距离输水工程是一个主要由渠道和建筑物组成的串联体系,而串联体系中关键结构的安全性对整个体系的安全性具有重大影响。本文以南水北调中线工程为背景,研究长距离输水工程的关键结构体系可靠度问题。渡槽在南水北调中线工程建筑物中,规模相对较大、结构相对复杂;南水北调中线工程绝大部分渠段均采用明渠输水,线路总长中渠道所占比重大。因此,大型渡槽和渠道边坡的体系可靠性在一定程度上就反映了整个供水系统的可靠性,其体系可靠性评价是长距离输水系统安全分析需要解决的一个关键问题。由此,论文在可靠度计算的基本理论、渡槽的体系可靠度计算方法、渠道边坡稳定的体系可靠度计算方法等方面开展了深入的研究,取得以下主要研究成果: (1)将抽样点投影到失效面上,利用被分离变量的分布函数的解析解,结合剩余变量的重要抽样,提出了失效面上的重要抽样方法,给出了原始空间(X)和旋转后的标准正态空间(V)的实现方法。直接将抽样点取在失效面上,提高了抽样有效性和对非线性极限状态方程的适应能力;解析解的引入降低了抽样维数,提高了计算精度。理论推导和数值计算证明了该方法的适用性。 (2)响应面方法是解决具有隐式极限状态方程的大型复杂结构可靠度分析问题的理想途径,极限状态函数重构方法的选择是其关键问题。文中引入人工智能新技术支持向量机(SVM)方法,结合可靠度分析的几何方法,建立了基于SVM的可靠度分析响应面方法,在此基础上进一步提出了改进的SVM可靠度分析响应面方法和SVM重要抽样方法。改进方法每加入一个新的验算点就可拟合出一个新的极限状态方程,所需的有限元计算工作量少,具有较快的收敛速度和较强的非线性拟合能力。 (3)渡槽建筑物的上部槽身一旦开裂,容易因漏水影响建筑物的耐久性和安全性。有些情况下,正常使用极限状态可能成为渡槽结构设计的控制工况条件。文中建立了大型预应力渡槽槽身三维有限元模型,选择主要的受力构件作为分析对象,采用SVM方法重构极限状态方程,计算了主要受力构件的抗裂可靠度指标,分析了可靠度指标对变量的敏感性。采用体系可靠度界限方法,对构件失效相关性和体系可靠度进行分析,得到了渡槽抗裂体系可靠度的宽限和窄限解。同时,采用SVM方法拟合渡槽的静力位移反应,分析了渡槽的挠度可靠度。 (4)基于随机场局部平均理论,提出了边坡二维滑弧和三维滑动面上土性参数局部平均的离散化计算方法。该方法与边坡稳定条分法的特点相适应,对滑动面的具体形状没有特别的限制,计算简便,可以有效考虑土性参数相关函数的具体形式对局部平均的影响。并且,基于该方法分析了土性参数空间相关结构对边坡稳定可靠度的影响。 (5)考虑土性参数空间相关性,边坡三维可靠度指标随着滑坡宽度的加长,先减后增,存在一个最小值。论文结合算例对出现这一规律的原因进行了解释,为采用优化方法计算边坡三维可靠度指标提供了基础。文中给出了基于遗传算法的边坡三维可靠度分析方法,可以用于边坡三维稳定分析和三维空间滑坡形态预测。 (6)基于Poisson随机过程理论,采用最小三维可靠指标对应的三维滑坡体宽度来划分定长边坡,推导和建立了一个新的定长边坡体系可靠度计算方法,运用该方法对南水北调中线工程渠道边坡实例进行了分析。 (7)编制了SVM方法可靠度计算程序和遗传算法边坡稳定三维可靠度计算程序。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TV672;TV31

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