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结构可靠度分析方法及相关理论研究

孙思奥  
【摘要】: 工程结构的安全性历来是工程设计中的重大问题。工程结构可靠度概念的引入使工程设计及校验从以经验指导为主的主观方法转向了以概率论为基础的极限状态设计方法。本文主要围绕结构可靠度的计算方法及相关理论,提出了两种计算结构可靠度的思路及将结构可靠度概念应用于地下洞室工程判断的可行性,并分析了各因素对结构可靠度影响的大小。 本文提出了基于多阶矩的结构可靠度计算的矩法。矩法通过Pearson系统假设扩展了已知的功能函数矩的阶数,并利用最佳平方逼近法和最大熵方法求解功能函数的概率密度函数。结构可靠度计算的矩法不需要计算设计验算点,不需要迭代,并且不需要进行导数的运算。相对于最佳平方逼近方法,最大熵方法是一种更为合理的用于结构极限状态函数逼近的方法。通过数值实例检验,在一定的假设条件下,矩法是一种比较简单的可用于计算精度要求不高的方法。 本文还系统的归纳了将智能最优化方法——人工神经网络和遗传算法应用于结构可靠度的计算的方法。利用人工神经网络逼近隐式功能函数的表达式,再结合Monte Carlo方法,一次二阶矩方法以及二次二阶矩方法进行结构可靠度的计算;根据结构可靠度的几何意义,将其转化为求解条件极值问题,利用遗传算法进行计算。并分别用实例证明了这两种智能最优方法在结构可靠度计算中应用的合理性和有效性 为了直观的呈现出地下洞室工程开挖的安全状况,本文在有限元程序计算的基础上,结合多响应面方法,JC法,并提出了一种简单实用的方法——设计验算点法进行了地下洞室开挖后的可靠度分析。并以某水电站地下厂房洞室群开挖工程为背景,计算出了洞室群开挖后各点的可靠度,做出了地下洞室岩体的可靠度等值线,得到的结果与实际相符合,较好的反映出了洞室周围岩体的安全状况。 最后,本文引入了灰色系统中的关联度理论,对影响结构可靠度的各因素进行排序,为结构可靠度多因素评价提供了思路,对于定性分析各个因素对整体结构可靠度的影响进而进行结构设计有一定的意义。


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