橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與安全評估課件

結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法與程序目錄結(jié)構(gòu)可靠度理論基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化方法大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析方法基于體系可靠性的鋼桁梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計大跨度PC斜拉橋體系可靠性評估展望1236457結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法與程序目錄結(jié)構(gòu)可靠度理論基于遺傳算法1.結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)可靠性分析的必要性可靠度與規(guī)范一些基本概念結(jié)構(gòu)可靠度的研究方向1.結(jié)構(gòu)可靠度理論結(jié)構(gòu)可靠性分析的必要性目前主要采用有限元方法等確定性分析方法對大跨度橋梁結(jié)構(gòu)進行安全分析，然而實際工程存在諸多隨機因素需要基于概率理論分析其可靠度。結(jié)構(gòu)的不確定性表現(xiàn)在：隨機性模糊性知識不完備性結(jié)構(gòu)可靠性分析的必要性目前主要采用有限元方法等確定性分析方法對大跨度橋梁結(jié)構(gòu)進行安國外與可靠度相關的規(guī)范歐洲1994年EC4美國1985年ASCE7加拿大1997年CHBDC日本2000年可靠度與規(guī)范國內(nèi)與可靠度相關的規(guī)范工程結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一標準GB50153-1992工程結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一標準GB50153-2008公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準GBT50283-1999國外與可靠度相關的規(guī)范可靠度與規(guī)范國內(nèi)與可靠度相關的規(guī)范結(jié)構(gòu)可靠性－安全、適用、耐久結(jié)構(gòu)可靠度－Pr可靠指標－β失效概率－Pf=1-Pr=1-Φ(β)極限狀態(tài)方程－Z＝gX(x1,x2,…,xn)抗力和作用效應－R、S隨機變量－F、σ、E、h

一些基本概念結(jié)構(gòu)可靠性－安全、適用、耐久一些基本概念結(jié)構(gòu)可靠度計算方法*結(jié)構(gòu)體系可靠度理論*結(jié)構(gòu)時變可靠度理論結(jié)構(gòu)動力可靠度分析安全性評估*耐久性評估優(yōu)化設計*結(jié)構(gòu)可靠度的研究方向結(jié)構(gòu)可靠度計算方法*結(jié)構(gòu)可靠度的研究方向2.結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法與程序常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法具有顯式功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠度計算軟件復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析軟件2.結(jié)構(gòu)可靠度的分析方法與程序常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法分析方法FOSMMonte-CarloRSM驗算點法直接抽樣法重要抽樣法方向抽樣法中心點法ANN改進的響應面法二次序列響應面法BPRBFSVM常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法分析方法FOSMMonte-Carl中心點法驗算點法常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法中心點法驗算點法常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法將神經(jīng)網(wǎng)絡替代有限元，采用MC對ANN抽樣Monte-CarloMethod常用的結(jié)構(gòu)可靠度分析方法RSMANN將神經(jīng)網(wǎng)絡替代有限元，采用MC對ANN抽樣Monte-Car適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法可靠度計算常用方法為一次二階矩法（FOSM），它只能解決功能函數(shù)為顯式的可靠度分析問題。然而，實際工程結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)為隱式，極限狀態(tài)曲面復雜程度較高，甚至無法得到其真實的函數(shù)表達式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）是模仿人腦工作方式而設計的一種機器，它可以在計算機平臺上通過學習獲取知識并解決問題。目前主要用于模式識別、圖像處理、優(yōu)化控制和通信等領域。將神經(jīng)網(wǎng)絡引入到結(jié)構(gòu)可靠性分析領域，結(jié)合Monte-Carlo方法可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析。研究背景適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法可靠度計算常用方法適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法ANN-MC方法圖5ANN-MC思路流程圖圖6ANN-MC算法流程圖適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法ANN-MC方法圖100組1000組10000組BPRBFSVM100組1000組10000組BPRBFSVMRBF網(wǎng)絡的擬合效果與原函數(shù)的對比圖9RBF網(wǎng)絡與原函數(shù)誤差RBF網(wǎng)絡的擬合效果與原函數(shù)的對比圖9RBF網(wǎng)絡與原函數(shù)適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法若存在足夠的原始數(shù)據(jù)，那么神經(jīng)網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)對函數(shù)或某一映射關系的學習，并且能滿足一定的精度要求。BP神經(jīng)網(wǎng)絡需要人為設定隱含層及神經(jīng)元數(shù)量，在其數(shù)量一定時，隨學習數(shù)據(jù)的增加，其學習能力有限。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡能夠根據(jù)學習過程中的誤差增加神經(jīng)元數(shù)量，其高斯基函數(shù)具有較好的非線性擬合能力，對較少的輸入數(shù)據(jù)具有較高的學習性能。其學習能力最優(yōu)SVM神經(jīng)網(wǎng)絡測試精度隨輸入數(shù)據(jù)的增加而增加。當數(shù)據(jù)較小時，其學習能力優(yōu)于BP而次與RBF。其原因為：在可靠度分析中，隨機生成的數(shù)據(jù)大多為可靠數(shù)據(jù)，而界于失效與可靠間的數(shù)據(jù)較少，因此其支持向量的數(shù)量較少。但可以通過對測試數(shù)據(jù)的調(diào)整而達到較好的效果。結(jié)論適用于復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析的ANN－MC方法若存在足夠的原始數(shù)具有顯式功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠度計算軟件具有顯式功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)可靠度計算軟件復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析軟件復雜結(jié)構(gòu)可靠性分析軟件橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與安全評估ppt課件橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與安全評估ppt課件3.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析方法體系可靠性研究內(nèi)容改進的響應面法大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析結(jié)論3.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析方法體系可靠性研究內(nèi)容體系可靠性研究內(nèi)容尋找失效模式計算失效概率體系可靠性研究內(nèi)容尋找失效模式計算失效概率改進的響應面法步驟改進的響應面法步驟改進的響應面法算例分析改進的響應面法算例分析工程背景雅瀘高速公路C4標段臘八斤特大橋為亞洲第一高墩的連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑為105+200+200+105m，最高墩10號墩高183m。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析工程背景雅瀘高速公路C4標段臘八斤特大橋為亞洲第一高墩的連續(xù)分析步驟根據(jù)MIDAS/Civil有限元模型應力分析結(jié)果選取主要失效模式。

運用改進的響應面算法擬合出各失效模式功能函數(shù)。由可靠度計算器計算出各功能函數(shù)的可靠指標及系數(shù)相關矩陣由窄界限算法估算出體系可靠指標大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析分析步驟根據(jù)MIDAS/Civil有限元模型應力分析結(jié)果選取施工期體系可靠度分析大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析施工期體系可靠度分析大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析運營期體系可靠度分析大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析運營期體系可靠度分析大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠性分析MATLAB語言是計算可靠度的得力平臺。通過其GUI功能編制計算器，解決了每次計算功能函數(shù)可靠度時繁瑣的編程問題，而且大大提高可靠度計算的效率，同時對結(jié)構(gòu)可靠度更深層次研究提供了保證。針對二次序列響應面方法，在迭代回原功能函數(shù)前的一次線性插值方法的基礎上進行了改進。改進后在相同的精度條件下，能夠減少迭代次數(shù)，同時也減少了復雜結(jié)構(gòu)的有限元的運行次數(shù)，能夠較快地擬合功能函數(shù)。本文所采用的針對實際工程的體系可靠度分析方法切實可行。通過建立連續(xù)剛構(gòu)橋梁的有限元模型，進行了施工過程仿真分析。選取穩(wěn)定性、壓應力和拉應力失效的三類失效模式，把響應面法與結(jié)構(gòu)仿真分析程序相結(jié)合，實現(xiàn)了連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算。計算結(jié)果表明最大懸臂狀態(tài)的主要失效模式為為處底板的壓應力失效，運營期體系可靠指標較施工期大。結(jié)論MATLAB語言是計算可靠度的得力平臺。通過其GUI功能編制4.基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化方法研究目的、意義和內(nèi)容分析方法步驟關鍵內(nèi)容算例分析結(jié)論4.基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化方法研究目的、研究目的、意義和內(nèi)容研究目的：在保證結(jié)構(gòu)在隨機因素作用下體系安全性的前提下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，達到減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料的目的。研究意義:1.考慮構(gòu)件制作誤差和荷載的變異性等隨機因素時，確定性的優(yōu)化設計并不能保證其可靠性，需要引入可靠性優(yōu)化設計。2.工程結(jié)構(gòu)一般是高次超靜定結(jié)構(gòu)，失效歷程有明顯的變化，構(gòu)件層次的可靠性優(yōu)化設計不能保證結(jié)構(gòu)整體的可靠性，需要基于體系可靠性對結(jié)構(gòu)的可靠性進行評估。內(nèi)容：為保證優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的體系可靠性，從體系可靠度的角度出發(fā)，以目標體系可靠指標為約束條件，考慮多個失效模式的失效歷程及其相關性，提出體系可靠性優(yōu)化設計方法。該方法首先由RBF神經(jīng)網(wǎng)絡映射出隨機變量與結(jié)構(gòu)受力關系，采用MCM得出各失效模式的可靠指標。然后由β約界法構(gòu)件結(jié)構(gòu)失效樹，從而得出結(jié)構(gòu)的體系可靠指標。最后以選取的目標體系可靠指標為約束條件，以罰函數(shù)的方式引入遺傳算法，在MATLAB平臺實現(xiàn)優(yōu)化設計。最后對標準十桿桁架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析。研究目的、意義和內(nèi)容研究目的：在保證結(jié)構(gòu)在隨機因素作用下體系分析方法流程分析方法流程關鍵內(nèi)容關鍵內(nèi)容算例分析算例分析算例分析參數(shù)選取算例分析參數(shù)選取算例分析結(jié)果分析圖6遺傳算法迭代過程圖圖7不同變異系數(shù)和目標體系可靠指標的優(yōu)化結(jié)果算例分析結(jié)果分析圖6遺傳算法迭代過程圖圖7不同變異系結(jié)論本文提出了基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡的體系可靠性優(yōu)化方法，并應用于十桿平面桁架的優(yōu)化分析，得出以下結(jié)論：采用神經(jīng)網(wǎng)絡方法求解具有隱式功能函數(shù)復雜結(jié)構(gòu)的體系可靠度，然后將體系可靠度通過罰函數(shù)的方式引入到個體適應度計算中，通過遺傳算法可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化。十桿平面桁架算例表明：傳統(tǒng)確定性優(yōu)化的結(jié)果偏于危險，構(gòu)件層次可靠性優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的體系可靠指標偏低，本文提出的體系可靠性優(yōu)化結(jié)果能夠保證結(jié)構(gòu)體系可靠性。隨著目標體系可靠指標和變異系數(shù)的增大，其對優(yōu)化結(jié)果影響越大。結(jié)論本文提出了基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡的體系可靠性優(yōu)化方法，并5.基于體系可靠性的鋼桁梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工程概況設計鋼桁梁結(jié)構(gòu)的體系可靠性分析MATLAB聯(lián)合ANSYS實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析結(jié)論5.基于體系可靠性的鋼桁梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工程概況工程概況工程概況設計鋼桁梁結(jié)構(gòu)的體系可靠性分析設計鋼桁梁結(jié)構(gòu)的體系可靠性分析MATLAB聯(lián)合ANSYS實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法均勻設計采用DPS軟件生成U1003的均勻設計數(shù)據(jù),MATLAB軟件生成隨機變量上下限范圍內(nèi)均勻數(shù)據(jù)，并按均勻設計組合，寫入EXCEL文件MATALB調(diào)用ANSYSfid1=fopen('ghl_ansys.txt','w');fprintf(fid1,'*vwrite,sig12');!"C:\ProgramFiles\ANSYSInc\v140\ansys\bin\winx64\ANSYS140"-b-iD:\ansys\c\data_100\ghl_ansys.txt-oD:\result.outload('out_lu.txt')神經(jīng)網(wǎng)絡net=newrb(inputn_train,outputn_train)遺傳算法[x,endPop,bPop,traceInfo]=gaot_ga(bounds,evalFN,evalOps,startPop,[],termFN,termOps)MATLAB聯(lián)合ANSYS實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法均勻設計優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析結(jié)論本文建立鋼桁梁結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化數(shù)學模型，提出了適用于鋼桁梁結(jié)構(gòu)的體系可靠性優(yōu)化方法，并對某懸索橋鋼桁梁結(jié)構(gòu)進行了體系可靠性優(yōu)化分析，主要得出以下結(jié)論：某懸索橋鋼桁梁結(jié)構(gòu)的主要失效模式為縱、橫梁的抗彎失效和腹桿屈曲失效，初失效狀態(tài)表現(xiàn)為壓桿的屈曲失效，最終失效狀態(tài)表現(xiàn)為縱橫梁跨中彎曲失效。適當減小某懸索橋鋼桁梁結(jié)構(gòu)縱、橫梁截面尺寸，并增加腹桿的剛度，可以使結(jié)構(gòu)重量減小，而體系可靠度與原結(jié)構(gòu)相同。結(jié)論本文建立鋼桁梁結(jié)構(gòu)體系可靠性優(yōu)化數(shù)學模型，提出了適用于鋼6.大跨度PC斜拉橋體系可靠性評估工程概況設計鋼桁梁結(jié)構(gòu)的體系可靠性分析MATLAB聯(lián)合ANSYS實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法優(yōu)化參數(shù)與結(jié)果分析結(jié)論6.大跨度PC斜拉橋體系可靠性評估工程概況模型修正與損傷識別選取模型修正參數(shù)前應進行靈敏度分析；修正參數(shù)主要包括：E,I,W；動態(tài)響應準則：自振頻率、模態(tài)振形、模態(tài)曲率；靜態(tài)響應準則：局部敏感、準確定位、剛度矩陣；采用遺傳算法優(yōu)化實現(xiàn)：以待修正參數(shù)為設計變量，實測值和計算值殘差之各為目標函數(shù)，模型修正與損傷識別選取模型修正參數(shù)前應進行靈敏度分析；PC斜拉橋失效模式大跨度PC斜拉橋的超靜定次數(shù)較高，主要失效模式尋找非常非難。實際運營狀態(tài)下的安全評估一般選取關鍵截面和構(gòu)件進行可靠度分析。失效類型一般有：單根拉索強度失效：Z=Aσ-T,失效后刪除單元主梁跨中位移失效：Z=L/500-Y，體系失效主梁抗彎失效：Z=yσ/I-M，失效后形成塑性鉸索塔抗彎失效：Z=yσ/I-M，失效后形成塑性鉸PC斜拉橋失效模式大跨度PC斜拉橋的超靜定次數(shù)較高，主要失效某PC斜拉橋的體系可靠性評估某PC斜拉橋跨徑組合為200+420+200m，結(jié)構(gòu)體系為塔墩梁固結(jié)體系。橋面寬30m，雙向四車道，公路-I級荷載工程概況某PC斜拉橋的