基于自助抽样法与少量试验数据的边坡可靠性分析

针对岩土参数数据有限导致边坡可靠度分析结果不准确这一问题,本文提出利用自助抽样法量化小样本数据导致的参数估计不确定性,并结合蒙特卡洛方法量化岩土参数小样本数据下边坡可靠度评估的准确性。结果表明,当岩土参数试验数据大于等于5个时,所提方法可以有效解决上述问题。     

基于逆可靠度的单轨梁容许应力计算方法

单轨梁是一种兼具承重和导向功能的新型轨道结构,其目标可靠度与应用于常规铁路不同,沿袭铁路规范的安全系数进行设计存在不合理之处。为此,提出一种基于抛物线拟合原理的逆可靠度计算方法,并基于该方法进行了单轨梁设计安全系数的校核。首先,对现行铁路规范中的设计目标可靠度进行了校核,随后基于极限状态铁路规范校核了跨座式单轨梁的设计目标可靠度,并结合基于抛物线拟合原理的逆可靠度求解方法,反解了一级安全水平对应的单轨规范荷载组合I对应的容许应力提高系数为1.05。同时,随着活载效应占比的减少,容许应力提高系数的增幅不超过0.01。最后,比较了不同设计参数均值、标准差的变化对单轨梁可靠度的影响,其中抗力均值、抗力和汽车荷载的变异系数对可靠度的控制能力较强,证明这两者是控制单轨梁设计的主要参数。     

铁路重力式挡土墙可靠度设计方法的研究

传统的安全系数法广泛应用于土木工程的稳定性分析,通过长期应用实践证明该方法有效,但该方法没有考虑设计参数的不确定性,而可靠度方法将设计参数视为随机变量则更为科学合理.本文介绍了铁路重力式挡土墙的安全系数设计方法,在此基础上建立挡土墙抗滑动和抗倾覆的功能函数;采用蒙特卡罗法计算结构的可靠度指标β,确定目标可靠指标,并进行了参数敏感性分析.最后,提出了一组反映目标可靠度指标的分项系数,分析了挡土墙参数及其变异系数对分项系数的影响,提出了分项系数的调整方法,并建议根据不同参数及其变异性组合分区选用分项系数.     

基于可靠度的斜坡软弱地基路堤稳定性极限平衡法分析

通常以确定性分析获得的稳定安全系数作为评价斜坡软弱地基路堤稳定性的指标,忽略实际工程中诸多不确定性因素,无法真实全面反映斜坡软弱地基路堤的稳定性。基于垂直条分极限平衡法Slide软件平台,运用全局最小可靠度分析方法,综合分析路堤和斜坡软弱层土体参数、地下水位、路堤顶部张拉裂缝水分充填量、微型桩纵向桩距和抗剪强度及水平向地震荷载等因素的变异性对斜坡软弱地基路堤稳定性的影响,讨论这些随机变量的敏感性,阐释了室内斜坡软弱地基路堤与水平软弱地基路堤土工离心模型试验现象差异性的机理。使用可靠度能更客观地反映斜坡软弱地基路堤的安全性;可根据各因素对斜坡软弱地基路堤稳定性影响敏感性的正负、强弱采取相应合理工程对策。     

考虑时变可靠度的接触网检修计划智能编制方法

针对接触网检修计划人工编制存在效率低、错误多等问题,从状态检修角度出发,利用威布尔分布描述接触网设备可靠度的时变特性,引入役龄回退因子考虑检修作业对接触网可靠度的影响,建立了基于时变可靠度区间的接触网检修计划编制模型,以接触网运行可靠度最大与检修作业路径成本最低为优化目标,利用启发式求解算法对优化模型进行求解.实际算例表明,该方法能实现接触网检修计划的自动编制,可避免接触网设备的过修与欠修.     

非线性破坏准则下浅埋隧道支护参数上限解

鉴于土体材料破坏准则的非线性以及参数离散的自然属性,针对浅埋隧道的稳定性问题,提出基于极限分析非线性理论的可靠度计算方法。研究结果表明:将非线性破坏准则退化成线性破坏准则后,本文计算结果与已有研究成果基本一致,验证了文中方法的正确性。在上限解分析中,土体的非线性系数对围岩压力以及破坏范围有很大影响,建议进行支护设计时必须考虑土体破坏准则的非线性,防止因支护力过小或安全系数不足而引发坍塌事故。在可靠度计算中,非线性系数是影响隧道结构可靠度的主要因素,针对非线性系数给出了浅埋隧道满足3种安全等级所需要的安全系数与支护力,为隧道设计规范进行了补充,也为今后浅埋隧道的支护设计提供了参考价值。     

几何参数对边坡稳定可靠度影响规律分析

坡高和坡率是影响边坡稳定可靠度的重要因素.利用积分中值定理推导基于Fellenius法的黏性土简单边坡稳定可靠指标的解析表达式,讨论边坡安全系数和可靠指标随几何和材料参数变化的非协同响应特性;基于Monte-Carlo方法,分析坡高和坡率引起边坡安全系数和可靠指标非协同响应的土体强度条件.研究结果表明:特定几何和材料参数下的边坡安全系数和可靠指标将呈现出相反的演化趋势,与边坡安全系数随土体强度和几何参数的不利变化而降低规律不同,在黏聚力小且变异性大、内摩擦角大且变异性小条件下,边坡可靠指标出现随坡高增加而提高的特殊变化现象;对于黏性土边坡,采取放缓边坡的工程措施,较降低坡高,既能提高边坡安全系数,也能保障边坡的可靠指标提高,降低工程安全风险.     

基于可靠指标的桥梁结构稳定安全系数研究

桥梁相关规范规定,结构的第一类稳定安全系数不应小于4,但当第一类稳定安全系数取4时,能否保证结构在更可能出现的第二类失稳发生时的可靠指标达到目标可靠指标则值得研究。以钢筋混凝土受压构件为例,分别进行弹性和弹塑性稳定计算,取第一类稳定安全系数等于4,采用一次可靠度方法FORM得出第一类弹性失稳时的可靠指标,利用计算该可靠指标时的荷载效应和弹塑性临界荷载计算第二类弹塑性失稳时的可靠指标。结果表明:某些情况下,当第一类稳定安全系数取4时并不足以保证结构发生第二类失稳时的可靠指标达到目标可靠指标。文中还讨论了结构参数变化对结构第一类和第二类失稳时可靠指标及稳定安全系数的影响,得出第二类稳定安全系数和可靠指标的关系,并给出第二类稳定安全系数的取值建议。     

基于区间理论的桥涵墩台基础可靠性分析

根据墩台基础结构力学参数取值的区间性特征,引入区间分析理论,视墩台基础结构力学参数为区间变量,在确定墩台基础稳定可靠性分析的合理功能函数基础上,建立基于区间理论的墩台基础结构稳定非概率可靠性计算模型;针对区间运算结果扩张问题,引入改进的区间截断法,建立墩台基础稳定性非概率可靠性分析的区间运算方法,采用改进的一维优化算法计算墩台基础稳定非概率可靠度指标,进而建立基于区间理论的墩台基础稳定性非概率可靠性分析方法;将非概率可靠性分析方法应用于工程实例,计算结果验证方法的合理性与可行性。探讨结构力学参数变异性对墩台基础稳定性非概率可靠度指标的影响规律,具有一定的工程参考价值。     

以弯沉值为控制指标的沥青路面可靠性分析

以沥青路面结构为研究对象,简化路面结构模型,利用弹性层状体系理论结合ANSYS有限元软件,建立以路表设计弯沉值为控制指标的功能函数,以结构中心安全系数K度量结构可靠度。根据交通参数、路面结构参数的随机特性,分析路面结构可靠度对于随机变量设计参数特别是交通参数的敏感性,并以某省省道交通量数据为基础进一步验证有限元模型中荷载和累计当量轴次对可靠度的影响。     

基于多面体不确定性需求的鲁棒枢纽选址研究

针对枢纽选址问题中的P枢纽中值问题,枢纽决策往往会受到外界因素的干扰。如何解决检验枢纽网络在面对干扰时的调节能力,即枢纽网络的鲁棒性研究,对外界因素造成流量需求的不确定性进行建模,不确定性以不确定性集的形式表现,对不确定性集通过2种方式建模:一是软管模型,对经过所有枢纽总流量的上限进行建模;二是混合模型,对经过所有OD(运输网络中流量的起始点和目的地点)流量的上限和下限进行建模。模型求解方面,运用极大极小准则和Benders分解算法解决混合整数规划问题。算例分析建立在对比标准模型和多面体需求不确定性模型的计算结果上,在不同规模参数和不确定性集参数下设置算法试验,模型更直观、有效的研究枢纽位置在外界干扰下的鲁棒性。Benders算法通过仅分解枢纽变量解决问题,更有效的实现了模型的应用;运用CPLEX求解器实现算法实验。     

单向编组站配流与调机运用综合问题

单向编组站配流与调机运用综合问题研究的是确定出发列车的编组内容,指派并调度解体和编组调机的任务,使得出发列车满足列车编组要求,调机任务没有冲突,且车辆在站总停留时间最小。基于并行机调度和资源分配理论,建立该问题的混合整数线性规划模型。设计有偏随机键遗传算法求解该优化模型,基于平均分配和随机分配规则生成初始种群,并采用参数均匀交叉算子以使子代能有效继承父代的优化特征。最后,以1个实际算例对所提出方法的有效性进行测试,并与现场采用的贪婪算法、直接求解模型的优化求解器CPLEX进行比较。算例结果显示所提算法在计算质量和计算效率上的优越性。     

基于SVM-PSO算法的大跨度悬索桥挠度可靠度研究

为了研究高维随机参数作用下大跨度悬索桥运营阶段挠度可靠度,在有限元计算基础上,基于支持向量机(support vector machine,SVM)建立成桥阶段挠度可靠度模型,结合优化后的粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)计算结构运营阶段挠度可靠指标。研究结果表明:借鉴遗传算法中的变异思想,通过设置中间变量约束条件,可以解决粒子群算法易早熟、后期迭代效率低的问题,进而提高计算效率与精度,基于SVM-PSO算法的结构可靠度方法高效准确,普立特大桥挠度可靠度满足正常使用极限条件下的要求。     

树状结构柱内力特性及整体设计分析

采用有限元方法分析几何参数对树状结构节点承载力的影响,得到节点尺寸参数的最佳取值范围,并拟合出树状结构节点的承载力公式。通过逆吊递推找形设计方法设计整体树状结构,计算分析屋面梁悬挑长度和树状柱间屋面梁跨度的相对大小对其内力分布的影响,得到两者最佳比值范围。同时验算树状结构节点的受力情况,拟定设计公式中安全系数的最佳取值。根据拟定的安全系数值设计整体结构并验算其力学性能及对应节点的受力情况。计算结果表明:若树状柱两侧局部刚度一致,除最上一级分枝外,按逆吊递推找形法得到的结构对应的安全系数应取4;需增加悬挑长度的结构,安全系数应取5;最上一级分枝的安全系数应较其余分枝大1。根据节点承载力公式设计得到的树状结构,具有较大的刚度,可用于实际工程。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明:所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

边坡稳定安全系数影响因素的探讨

边坡稳定安全系数的确定受多方面因素的影响。在工程实践中大多采用基于各种假定条件的简化计算方法进行安全系数的计算 ;另外 ,在实际工程中土工参数存在一定的变异性 ,也将影响安全系数的计算结果。文章主要讨论了不同的计算方法及参数变异对边坡安全系数的影响。     

基于响应面法的挡土墙多失效模式可靠度分析

为预防土体发生主动坍塌破坏和被动挤出破坏,研究挡土墙需提供的合理支护力范围,基于极限分析上限法构建挡土墙的主动坍塌和被动挤出2种失效模式,根据虚功率方程求解主动土压力和被动土压力,得到支护力范围。在此基础上,考虑土体参数以及支护力的随机性,建立挡土墙的多失效模式可靠度模型,采用响应面法求解了可靠度,并且引入目标可靠指标获取支护力范围。研究结果表明:与单一失效模式下的结果相比较,基于多失效模式所得到的结果更优。建议采用多失效模式可靠度模型分析挡土墙的稳定性,所得到的支护力范围更合理。     

c,φ相关性对边坡整体稳定性的影响

在边坡的Bishop条分法的基础上，令安全系数F=1，得到相应的极限状态方程。然后根据结构可靠度原理的JC法，将土的抗剪强度指标看作随机变量，推导出Bishop条分法的可靠度指标的计算公式。对土层剖面引入随机场模型，把土的抗剪强度指标c，φ的点变异性和空间变异性联系起来。各层c，φ均具有空间自相关性。对于互相关性，假定同一土层内c，φ有互相关性，土层与土层之间c，φ无互相关性的。结合一数值算例分析了c，φ的自相关性和互相关性对可靠度指标的影响。为了方便，只计算了按安全系数法搜索最危险滑动面上的可靠度指标?数值结果表明：c，φ的自相关性与互相关性对边坡整体稳定可靠度指标的影响是显著的；应用JC法研究Bishop条分边坡的整体稳定时，可靠度指标有时也会不收敛。     

二维边坡滑动面及稳定性弹塑性有限元分析

通过理论推导和证明,提出了岩土潜在滑线(面)确定潜在滑移线面的理论。该理论根据弹塑性有限元的应力分析结果,用数值积分方法得出岩土潜在滑移线(面),是确定岩土潜在滑移面的通用方法。当岩土应力达到破坏状态时,确定的潜在滑移面将转为真正的滑移面。通过大量的边坡算例和实例分析得出,本文所提出潜在滑移线(面)理论是正确的,分析边坡稳定确定潜在滑面具有优越性。常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线(面)形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大;常规法所得到的结果与实际也相差较大;岩土的变形参数变化对潜在滑移线(面)的形状影响较大,而对边坡最危险潜在滑移线(面)的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大;填土容重变化对潜在滑移线(面)的形状及位置影响不大;对边坡稳定安全系数影响较大。     

面向布局问题求解的混合全局优化算法研究

布局问题属于NP完全问题。由于布局函数的病态性状，传统的优化算法很难解决此问题。遗传算法、模拟退火算法等对全局优化展示了一定的前景，但是它们的求解精度和效率不能令人满足。本文将启发式随机搜索策略和局部优化算法相结合，构造了混合全局优化算法（MGOA）来解决这一困难。通过典型测试函数与经典遗传算法，模拟退火算法，复合形法进行比较验算，表明该算法具有优良的求解质量和较好的求解效率；并以旋转卫星舱布局的简化模型为背景，建立多目标优化数学模型，通过一个已知最优解的布局算例与遗传算法和乘子法的计算结果比较，该算法求解的质量和效率更优。表明此算法在布局优化中具有应用潜力。