長距離輸水工程的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體系可靠度研究.pdf

1、實(shí)際工程中存在大量的不確定性,定量描述和把握不確定性對工程的影響,對保障工程的安全性具有重要的意義.長距離輸水工程規(guī)模大、線路長,面對眾多復(fù)雜的不確定環(huán)境因素影響,其安全性倍受關(guān)注.從宏觀上看,長距離輸水工程是一個主要由渠道和建筑物組成的串聯(lián)體系,而串聯(lián)體系中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的安全性對整個體系的安全性具有重大影響.本文以南水北調(diào)中線工程為背景,研究長距離輸水工程的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體系可靠度問題.渡槽在南水北調(diào)中線工程建筑物中,規(guī)模相對較大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜

2、；南水北調(diào)中線工程絕大部分渠段均采用明渠輸水,線路總長中渠道所占比重大.因此,大型渡槽和渠道邊坡的體系可靠性在一定程度上就反映了整個供水系統(tǒng)的可靠性,其體系可靠性評價(jià)是長距離輸水系統(tǒng)安全分析需要解決的一個關(guān)鍵問題.由此,論文在可靠度計(jì)算的基本理論、渡槽的體系可靠度計(jì)算方法、渠道邊坡穩(wěn)定的體系可靠度計(jì)算方法等方面開展了深入的研究,取得以下主要研究成果: (1) 將抽樣點(diǎn)投影到失效面上,利用被分離變量的分布函數(shù)的解析解,結(jié)合剩余變量

3、的重要抽樣,提出了失效面上的重要抽樣方法,給出了原始空間(X)和旋轉(zhuǎn)后的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間(V)的實(shí)現(xiàn)方法.直接將抽樣點(diǎn)取在失效面上,提高了抽樣有效性和對非線性極限狀態(tài)方程的適應(yīng)能力；解析解的引入降低了抽樣維數(shù),提高了計(jì)算精度.理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算證明了該方法的適用性. (2) 響應(yīng)面方法是解決具有隱式極限狀態(tài)方程的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠度分析問題的理想途徑,極限狀態(tài)函數(shù)重構(gòu)方法的選擇是其關(guān)鍵問題.文中引入人工智能新技術(shù)支持向量機(jī)(SVM)方

4、法,結(jié)合可靠度分析的幾何方法,建立了基于SVM的可靠度分析響應(yīng)面方法,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了改進(jìn)的SVM可靠度分析響應(yīng)面方法和 SVM 重要抽樣方法.改進(jìn)方法每加入一個新的驗(yàn)算點(diǎn)就可擬合出一個新的極限狀態(tài)方程,所需的有限元計(jì)算工作量少,具有較快的收斂速度和較強(qiáng)的非線性擬合能力. (3) 渡槽建筑物的上部槽身一旦開裂,容易因漏水影響建筑物的耐久性和安全性.有些情況下,正常使用極限狀態(tài)可能成為渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制工況條件.文中建立了大

5、型預(yù)應(yīng)力渡槽槽身三維有限元模型,選擇主要的受力構(gòu)件作為分析對象,采用SVM方法重構(gòu)極限狀態(tài)方程,計(jì)算了主要受力構(gòu)件的抗裂可靠度指標(biāo),分析了可靠度指標(biāo)對變量的敏感性.采用體系可靠度界限方法,對構(gòu)件失效相關(guān)性和體系可靠度進(jìn)行分析,得到了渡槽抗裂體系可靠度的寬限和窄限解.同時(shí),采用SVM方法擬合渡槽的靜力位移反應(yīng),分析了渡槽的撓度可靠度. (4)基于隨機(jī)場局部平均理論,提出了邊坡二維滑弧和三維滑動面上土性參數(shù)局部平均的離散化計(jì)算方法.

6、該方法與邊坡穩(wěn)定條分法的特點(diǎn)相適應(yīng),對滑動面的具體形狀沒有特別的限制,計(jì)算簡便,可以有效考慮土性參數(shù)相關(guān)函數(shù)的具體形式對局部平均的影響.并且,基于該方法分析了土性參數(shù)空間相關(guān)結(jié)構(gòu)對邊坡穩(wěn)定可靠度的影響. (5)考慮土性參數(shù)空間相關(guān)性,邊坡三維可靠度指標(biāo)隨著滑坡寬度的加長,先減后增,存在一個最小值.論文結(jié)合算例對出現(xiàn)這一規(guī)律的原因進(jìn)行了解釋,為采用優(yōu)化方法計(jì)算邊坡三維可靠度指標(biāo)提供了基礎(chǔ).文中給出了基于遺傳算法的邊坡三維可靠度分析