基于MATLAB的可靠度分析算法的性能比较

简要介绍和讨论可靠度分析算法原理;基于结构可靠度分析方法:一次二阶矩法、JC法、蒙特卡罗法、重要抽样法、响应面法的基本原理,利用MATLAB软件对两个算例编制了相应计算程序,并对计算结果进行了比较。计算结果的比较表明,利用MATLAB编制的程序进行结构可靠度计算,可节约大量运算时间,并能得到较为有效的、合理的结果。     

伪蒙特卡罗法及其在边坡可靠度分析中的应用

在确定具有最小可靠度指标的滑动面（即临界可靠度滑动面）时,由于常规的蒙特卡罗法抽样耗时巨大,临界可靠度滑动面的获得较为耗时。对于均质边坡,利用简化Bishop法构建了可靠度分析的功能函数,设计了6种随机变量的标准差组合,假定了随机变量的4种抽样范围,利用抽样次数较小的蒙特卡罗法即伪蒙特卡罗法对随机生成的132组可行滑动面进行了伪可靠度指标的计算并与蒙特卡罗法计算得到的可靠度指标进行了比较分析,研究发现：只有一个随机变量的前提下,滑动面的伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标呈完全线性关系,在其它条件相同的情况下,伪蒙特卡罗法抽样范围越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越小,反之亦然;伪蒙特卡罗法抽样次数越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越大,反之亦然。对均质边坡,可应用伪蒙特卡罗法快速计算其临界可靠度指标。     

一种与蒙特卡罗法及JC法相结合的响应面法

指出响应面法、蒙特卡罗法以及JC法是结构可靠度分析中常用的方法,通过响应面法与蒙特卡罗法和JC法相结合,提出一种迭代格式的响应面法,进行结构可靠度分析,数值算例表明该方法的正确性和较好的计算效率以及精度。     

基于响应面法的大跨度悬索桥可靠度分析研究

为解决传统响应面法在分析大型复杂结构可靠度时可能遇到的不收敛或者误差较大的问题,通过对迭代步长取值的改进,提出了基于改进响应面的悬索桥结构可靠度分析方法。以某大跨度悬索桥为分析对象,分别采用改进响应面法和基于响应面的蒙特卡罗法分析了扁平钢箱梁的静力可靠度。计算结果表明,采用改进响应面法可以较准确地计算悬索桥在活荷载作用下的静力可靠指标,而基于响应面的蒙特卡罗法计算误差较大。另外,分析结果还表明,悬索桥的可靠指标计算应考虑几何非线性的影响。     

基于响应面法和重要性抽样的杆塔掏挖基础抗拔可靠性分析

基于复合中心抽样的二次响应面法(RSM)和中心正态抽样的重要性抽样法(IS)的基本原理,建立了杆塔掏挖基础抗拔承载力可靠度的计算方法和求解的基本步骤,并编制了相应的MATLAB程序。通过算例对比,验证了二次响应面法的合理性。基于响应面法,进一步研究了基本变量的变异性、荷载效应比以及安全系数对可靠度指标的影响。研究结果可为相关规范的修订提供参考。     

公路隧道初期支护可靠度分析

在分析公路隧道初期支护可靠性方面,蒙特卡罗法具有较高的精度。由于工程结构破坏概率通常较小,这就要求采用蒙特卡罗方法时必须要有足够大的抽样模拟总数才能给出正确的估计,利用方差减缩技术中的对偶抽样技巧可以迅速的降低抽样模拟次数。基于有限元模拟中隧道初期支护极限状态的功能函数的分析,依据公路隧道设计规范,确定了初期支护可靠度分析的极限位移的功能函数。并且利用APDL语言,编制了调用ANSYS建模求解模块分析隧道可靠度的程序,基于对偶抽样蒙特卡罗有限元模拟分析了深埋隧道初期支护的可靠性。     

工程结构可靠度理论综述

文章论述了工程结构可靠度理论的基本概念,总结了结构可靠度国内外研究现状;针对一次二阶矩法、响应面法及蒙特卡罗法三种常用的可靠度计算方法,分析研究了各个计算方法的特点。     

建筑结构可靠度分析方法

介绍了建筑结构可靠度研究的意义,详细阐述了结构可靠度的基本计算方法,对矩法、响应面法、蒙特卡罗法等可靠度计算分析方法进行了分析,指出了各种方法的优点及适用范围,并对结构体系可靠度研究进行了展望.     

基于响应面法分析桥梁结构的可靠度及风险概率预测

采用响应面法计算桥梁结构在车辆荷载作用下结构的可靠度,利用MIDAS构建桥梁有限元模型得到结构响应,并通过MATLAB进行迭代计算,最后求得到结构的可靠度;同时从混凝土截面面积退化作用角度入手,对其结构的时变可靠度和时变风险概率进行分析计算。算例表明:以响应面法为手段,结合MIDAS和MATLAB作为辅助计算分析,不仅提高了计算精度,同时还提高了计算效率;对结构时变可靠度和时变风险概率进行计算分析,得到的时变曲线与实际桥梁风险事故规律相符,说明从混凝土截面退化角度考虑时变风险概率是可行的,并根据所绘制的时变曲线,制定了桥梁后期最佳的加固、养护和维修方法。     

大跨度悬索桥颤振可靠度分析的改进响应面法

介绍一种新的计算悬索桥颤振可靠度方法——改进响应面法。该方法利用传统响应面法将极限状态方程近似表达为简单的多项式形式,有效地解决FORM和SORM无法求解隐式极限状态方程的可靠度问题。另外,改进响应面法的使用还能有效地利用现有的确定性颤振分析软件。通过引入有限元方法,改进响应面法可应用于悬索桥颤振可靠度问题。通过使用重要抽样技术,提高改进响应面法的计算效率和计算精度,有效地解决传统响应面法在结构可靠度较大或失效概率较低时出现的迭代不收敛问题。数值算例验证该方法的效率和精度。最后,用该方法计算江阴长江大桥的颤振可靠度,结果表明基于经验公式的改进响应面法会过高地估计大跨度悬索桥的颤振可靠度。实际的悬索桥颤振可靠度应该采用基于有限元法的改进响应面法进行计算。     

Monte-Carlo抽样法在边坡可靠性分析中的应用研究

针对复杂边坡可靠性分析时,功能函数具有高度非线性和隐式表达的特性,为克服传统边坡可靠性分析解决此类问题的不足,将Monte-Carlo重要抽样与响应面法相结合,利用响应面法实现边坡极限状态函数的显式表达,并确定设计验算点,以该点为新的抽样中心应用Monte-Carlo重要抽样计算边坡的失效概率。通过两个算例进行了分析,结果表明:该方法在保证精度的同时提高计算效率,适于解决含有大量随机变量的复杂边坡工程可靠性分析。     

基于时变可靠度的锈蚀混凝土结构全寿命成本模型

为了分析混凝土结构在氯盐环境下的全寿命周期成本,基于现有氯离子扩散模型和裂缝宽度预测模型,采用MATLAB软件进行Monte-Carlo抽样模拟,建立结构失效概率与可靠度指标的拟合公式。通过研究维护-加固措施对可靠度指标的影响,建立全寿命周期内维护-加固费用计算评估方法,并以混凝土桥梁结构为例计算了全寿命周期维护-加固成本。结果表明:失效概率与可靠度指标可用以失效概率等于0.1为界的分段函数进行描述;维护-加固效果持续时间对结构构件服役年限延长的影响最显著;当保护层厚度取60 mm时,维护-加固阶段费用有明显下降,较保护层厚度取40 mm时减少25%~50%。     

十字形方钢管混凝土组合异形柱压弯性能和可靠度分析

运用ANSYS有限元软件,对单向压弯状态下十字形截面方钢管混凝土组合异形柱进行仿真计算,并在此基础上采用蒙特卡罗法分析结构的可靠度。结果表明,十字形方钢管混凝土组合异形柱具有承载力高、塑性和韧性好的特点;钢管与混凝土能良好地协同工作,提高了混凝土的承载能力。与此同时,ANSYS分析得出柱子高度、截面尺寸等参数对结构最大侧向位移和应力强度的灵敏度影响较大,同时得出结构的可靠度概率。     

基于响应面法的单层球壳简谐荷载下的破坏形式判别

为了减小单层球面网壳在简谐荷载作用下的破坏形式判别中的计算量,避免反复试算,节约后处理时间,提出了利用响应面法计算结构可靠指标从而判别失效类型的方法:利用响应面法计算单层球面网壳在简谐荷载下基于位移失效模式的可靠指标;建立可靠指标和破坏形式之间的明确对应关系;获得判别单层球面网壳破坏形式的量化指标。研究表明,该方法能够准确地判别出结果,并具有高效率和实用性。     

蒙特卡洛方法在岩土工程可靠性分析中的应用

在目前的结构可靠度分析方法中,蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法被认为是一种相对精确法。本文详细介绍了蒙特卡洛方法的电算过程,并举例对该方法的应用进行了演算。     

多管式烟囱钢内筒安装可靠性分析初探

利用ANSYS软件基于Monte-Carlo法和响应面法的概率分析功能，编制专用的参数化语言程序，对某电厂多管式烟囱基于液压提升倒装法的钢内筒安装过程进行可靠性分析。在工程实践的基础上，结合可靠性分析相关理论提出了大型复杂系统的分析计算模型。最后，以吊装平台结构为例给出其可靠性分析结果。     

地震作用下的超深水平井动态响应分析

以位于地震断裂带的水电站出线水平井为项目背景,利用大型有限元软件进行三维模拟,考虑土与结构的相互作用,研究分析地震作用下的超深水平井的动态响应。分析表明:水平井在竖向地震作用下的动力响应比在水平地震作用下的小;周围土体对结构的位移限制,以及深厚覆盖层对地震波的吸收,使得水平井无论是水平地震作用还是竖向地震作用下,动力响应都很小,表明水平井的抗震性能优越,证实了深埋结构的抗震可靠性。     

Moment methods for structural reliability

First-order reliability method (FORM) is considered to be one of the most reliable computational methods. In the last decades, researchers have examined the shortcomings of FORM, primarily accuracy and the difficulties involved in searching for the design point by iteration using the derivatives of the performance function. In order to improve upon FORM, several structural reliability methods have been developed based on FORM, such as second-order reliability method (SORM), importance sampling Monte-Carlo simulation, first-order third-moment reliability method (FOTM), and response surface approach (RSA). In the present paper, moment methods for structural reliability are investigated. Five moment method formulas are presented and investigated, and the accuracy and efficiency of these methods are demonstrated using numerical examples. The moment methods, being very simple, have no shortcomings with respect to design points, and requires neither iteration nor the computation of derivatives, and thus are convenient to be applied to structural reliability analysis.     

基于截尾概率分布的基坑突涌模糊可靠度分析

岩土工程可靠度分析中,计算参数具有随机性,稳定性评价具有模糊性。传统的Monte Carlo模拟方法计算可靠度时,往往假定参数概率分布在正负无穷之间分布,与真实情况不符,而且其计算效率也往往较低。规范推荐的基坑突涌验算公式,计算结果往往偏于保守。引入截尾概率分布的确定方法,对参数概率分布进行截尾处理;提出拉丁超立方抽样与最大熵原理结合来确定结构响应概率分布的方法,并将其与模糊可靠度原理结合,构建了基于抽样模拟的模糊可靠度计算模型;推荐了考虑土体抗剪强度的突涌验算公式。将所提方法应用于某深基坑工程突涌分析中,其结果表明,基于截尾分布的抽样可以有效避免参数抽样值为负数的情况,所提计算模型效率明显优于传统的Monte Carlo模拟方法,模糊可靠度的计算结果比经典可靠度更符合工程实际情况。