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。     

可靠度响应面有限元及其工程应用

可靠度响应面有限元是可靠度计算与响应面有限元的直接耦合,是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能用解析式表示的结构可靠度问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.本文简述了响应面方法的研究发展,给出了可靠度响应面有限元的几类算法和可靠度计算的两种途径,并介绍了响应面有限元方法在实际工程中的应用情况.     

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。     

基于MATLAB的平面框架结构位移可靠度分析研究

基于结构可靠度分析数值模拟方法———蒙特卡罗法和响应面法的基本原理,利用MATLAB软件对一榀2跨3层框架在水平荷载作用下进行位移可靠度分析,分别采用了直接抽样蒙特卡罗法、响应面法、响应面—蒙特卡罗法、响应面—重要抽样蒙特卡罗法编制相应的计算程序,得到了结构水平位移最不利点的失效概率和可靠指标。计算结果表明,利用MATLAB可以编制结构可靠度分析程序,计算速度较快,数据合理,并为复杂结构的可靠性分析提供参考。     

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.     

可靠度响应面有限元及其工程应用

可靠度响应面有限元是可靠度计算与响应面有限元的直接耦合,是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能用解析式表示的结构可靠度问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义。本文简述了响应面方法的研究发展,给出了可靠度响应面有限元的几类算法和可靠度计算的两种途径,并介绍了响应面有限元方法在实际工程中的应用情况。     

基于HDMR响应面的结构可靠度计算方法

介绍了响应面法在可靠度分析中的应用进展,提出了一种基于高维模型表示(HDMR)扩展的迭代响应面法。在详述采用HDMR响应面法计算结构可靠度的基本原理后,采用Matlab语言对若干数值算例进行计算,同时给出了其它计算方法的结果以对比分析。结果表明:本文方法具有较高的效率和可靠的精度,在结构可靠度分析中具有一定的实用性。     

基于改进响应面技术的火灾下混凝土结构可靠度分析

采用热力耦合分析火灾中的建筑结构计算工作量比较大,而要进一步获得各种不确定性因素影响下的结构可靠度就更为困难.针对上述问题,综合热力耦合分析技术、改进响应面技术和结构可靠度分析方法,提出了一种更为高效的火灾过程中结构可靠度分析的计算方法.其基本过程是采用均匀试验方法组织一定次数的热力耦合分析获得结构构件温度和内力分布,在此基础上回归出分析参数和构件温度、内力之间的响应面,结合响应面和Monte Carlo法得到各构件的可靠度.结合某混凝土建筑分析了该建筑主要构件在火灾作用下的可靠度.     

下穿高速双孔并行隧道可靠度分析

针对地下结构可靠度分析中功能函数不能显示表达的特点,提出基于三维有限元的可靠度分析方法。以下穿高速双孔并行隧道为例,根据三维有限元计算结果,分别以DP2与DP3准则作为塑性屈服的判定准则,采用遗传算法选取样本点构建二次响应面模型,通过对Monte Carlo法,基于BP神经网络的Monte Carlo法,中心点法,JC法和遗传算法得出的可靠度指标的比较分析,得出遗传算法的运用可显著提高响应面模型的逼近精度,中心点法计算出的可靠度指标误差较大,Monte Carlo法、BP-Monte Carlo法、JC法及遗传算法求得的可靠度指标精度相近,JC法因操作简便、计算精度高可广泛用于地下结构的可靠度分析。基于遗传算法选取的样本点构建响应面模型,以JC法计算地下结构的可靠度分布,得出在公路线荷载作用下,衬砌上下两侧向内变形,上下两侧围岩应力释放多,可靠度相应增大;衬砌左右两侧向外变形,左右两侧围岩应力增大,可靠度相应减小;并行隧道的相互影响导致邻近另一隧道侧的衬砌可靠度较小。     

大跨度斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度可靠度分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度可靠度分析方法。采用子结构方法将扁平钢箱梁整体结构尺度模型和局部构件尺度模型相互衔接,在此基础上采用改进响应面法分析了扁平钢箱梁结构的静力可靠度。分析结果表明：①采用改进响应面法能有效地解决传统响应面法存在的收敛失败和计算误差大的缺点;②采用钢箱梁多尺度模型可以较准确地计算斜拉桥在活荷载作用下的静力可靠指标;③钢箱梁活荷载的分布方式和斜拉桥的几何非线性对斜拉桥静力可靠度具有较大的影响;④采用钢箱梁多尺度模型,可以较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对斜拉桥静力可靠度的影响。钢箱梁局部构件损伤对斜拉桥静力可靠指标的影响程度要明显大于对斜拉桥静力特性的影响。因此,在斜拉桥钢箱梁的可靠度设计与状态评估中需要计入结构多尺度效应的影响。     

非线性结构系统可靠性理论及其模拟算法

系统阐述了非线性结构系统可靠性理论的主体框架和模拟算法,重点分析了全局分枝-约界法、快速概率积分法、响应面法、随机有限元法和Monte Carlo模拟法的主要优缺点,及其对强非线性问题和存在失效演化历程的复杂结构系统可靠性分析和评估问题的适应能力.在此基础上,对当前研究工作中存在的一些共同性问题进行了剖析,对将智能化方法引入非线性结构系统可靠性工程领域的可行性和具体实现途径进行了阐述.     

结构系统可靠性理论的分析方法及进展

简要介绍了现代结构系统可靠性理论的发展概况 ,对各个时期有代表性的算法进行了比较系统的阐述。并对近年来流行的算法 ,如快速概率积分法、MonteCarlo模拟法、响应面法等进行重点介绍。在此基础上 ,探讨了当前研究工作中存在的一些共同问题 ,并对将智能化方法引进结构系统可靠性领域的运用和发展前景作了预测。     

An improvement of the response surface method

The coupling of the Monte Carlo method and the finite element method for the reliability analysis of structures leads often to a prohibitive computational cost. The response surface method is a powerful reliability method that approximates the limit state function with a polynomial expression using the values of the function at specific points. This type of analytical function replaces the exact limit state function in the Monte Carlo simulation. Therefore, the computational effort required for the assessment of the reliability of structural systems can be reduced significantly. The position of the sample points and the type of polynomial response surface have been investigated by several authors and the performance of the response surface method is still under discussion. In this paper an improvement of the response surface method is proposed. An iterative strategy is used to determine a response surface that is able to fit the limit state function in the neighbourhood of the design point. The locations of the sample points used to evaluate the free parameters of the response surface are chosen according to the importance sensitivity of each random variable. Several analytical and structural examples are considered to demonstrate the advantages of the proposed improvement.     

Kriging response surface reliability analysis of a ship-stiffened plate with initial imperfections

The use of structural reliability methods with implicit limit state functions (LSFs) shows the increasing demand for efficient stochastic analysis tools, because the structural behaviour predictions are often obtained by finite element analysis. All stochastic mechanics problems can be solved by Monte Carlo simulation method, nevertheless, in most cases, at a prohibitively high computational cost. Several approximations can be achieved using first-order reliability method (FORM) and second-order reliability method and response surface methods. In this paper, a method that combines the FORM and Kriging interpolation models, as response surface, is proposed. The prediction accuracy of the Kriging response surface obtained from different sampling techniques is assessed, and the failure probability estimates calculated by the FORM using the classical second-order polynomial regression models and the Kriging interpolation models as surrogates of nonlinear LSFs are compared. The usefulness and efficiency of the reliability analysis using the Kriging response surface are demonstrated on the basis of existing results available in the literature and with an application problem of a stiffened plate structure with initial imperfections.     

Application of kriging method to structural reliability problems

Approximation methods are widely used to alleviate the computational burden of engineering analyses. For structural reliability analyses, the common approach is to use the response surface method (RSM) based on the least square regression. However, another approximation method based on kriging has gained popularity especially in the field of deterministic optimization. However, the application of the kriging method to structural reliability problems has not been realized until recently. Therefore, this paper investigates the use of the kriging method for structural reliability problems by comparing it with the most common RSM. The effects of the kriging parameters are also examined on the basis of the β computation and fitting behavior. It can be deduced from the results given in this paper that using the most common approach in the literature to find the kriging parameters does not guarantee a good result for the structural reliability problems. As a result, some advantages as well as disadvantages of the kriging method are reported, based on the results obtained from the application of the kriging method to the examples from the literature. Finally, this paper suggests the points for which the kriging model could be improved to get better results for structural reliability problems.     

结构可靠度算法的比较

讨论了现有结构可靠度的计算方法,介绍了JC法、二次二阶矩的ESORM法、一次渐近积分法、序列响应面法、Monte Carlo法以及直接重要抽样的Monte Carlo法,通过算例,对这些方法的精度以及适用范围作了分析,为可靠度的计算提供了一个有价值的参考。     

改进响应面法及其在结构可靠度分析中的应用

介绍了响应面法的基本思想,并分析了用单面响应面法计算结构可靠度中存在的精度问题,提出了改进的单面响应面法;同时通过算例与其他方法进行了对比分析,结果表明,改进的单面响应面法不仅不会增加计算的数学难度,又能提高计算的精度。     

一种与结构可靠度分析几何法相结合的响应面方法

提出一种迭代格式的响应面方法,以模拟实际工程中常见的功能函数不能明确表达的极限状态曲面.结合结构可靠度分析中的几何法,可直接应用现有的确定性的结构分析程序,对大型结构进行可靠度分析.数值结果表明本文方法具有较好的效率和精度.     

结构可靠度分析的向量型层递响应面法

结构可靠度分析的传统响应面法和随机响应面法都属于标量型响应面法,为克服其局限性,利用预处理Krylov子空间法研究建立了结构可靠度分析的向量型层递响应面法。首先将随机刚度矩阵和节点荷载向量线性展开,通过选取合适的预处理器建立了预处理Krylov子空间及层递基向量,据此将随机节点位移向量进行层递展开,形成向量型的层递响应面。进而,利用混沌多项式展开层递基向量和层递响应面,根据混沌多项式确定层递响应面的样本点选取方法。在此基础上,根据可靠指标的几何含义,利用响应量的层递展开式建立了结构可靠度分析的迭代算法。算例分析表明,该方法与传统响应面法或随机响应面法相比,能够取得更高的计算效率和计算精度。