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基于混合算法的系杆拱桥承载能力极限状态可靠度分析与应用
| 论文题名： | 基于混合算法的系杆拱桥承载能力极限状态可靠度分析与应用 |
| 关键词： | 系杆拱桥;可靠度分析;混合算法;代理模型 |
| 摘要： | 系杆拱桥性能优越、造型优美，在桥梁结构中得到广泛应用。随着桥梁跨径增大，结构形式变得复杂，导致不确定性因素增多，影响结构的可靠性。因此，系杆拱桥的可靠度分析变得尤为重要。为解决系杆拱桥承载能力极限状态下功能函数非线性程度高、无法显式表达的问题，本文以代理模型法为基础，构建了一种基于混合算法的系杆拱桥可靠度求解方式，通过SVR模型拟合结构功能函数，运用MATLAB软件实现智能算法的结合以及参数的优化，克服了功能函数拟合难度大，难以直接求解可靠指标的缺陷。基于此方法对某系杆拱桥实例进行可靠度分析与应用研究，主要内容如下： （1）通过MATLAB平台编制了基于混合算法的可靠度计算程序，得到K-CV-SVR模型和GA-SVR模型，从几何学角度建立了标准正态空间下功能函数可靠指标的求解公式，并以此作为目标函数，通过罚函数法构造增广目标函数，运用天牛须搜索算法改进粒子群算法，将原有方法中的粒子替换为天牛，提高了算法的局部搜索能力。对增广目标函数搜索寻优得到可靠指标，并通过算例验证可行性，为实桥应用提供了计算方法。 （2）以一座系杆拱桥为工程背景，采用ANSYS建立有限元模型，开展实桥静力试验与脉动试验。实测索力值与理论计算结果最大偏差为46kN，偏差范围不超过6.0%，系杆变形规律、拱肋最大挠度及一阶自振频率与理论分析基本一致，所建模型准确性较高，能够用于实例工程可靠度分析。 （3）参照规范分别建立系杆拱桥承载能力极限状态下拱肋、系杆、吊杆、横梁以及稳定性的功能函数。通过混合算法计算可靠指标，分析各随机变量对代表失效模式可靠指标的影响程度，得到均值和标准差的灵敏度指标，作为系杆拱桥体系可靠度分析的基础前提。 （4）基于一般界限范围法和PNET法对实桥体系可靠度进行估算，结果表明该系杆拱桥可靠度满足安全要求；短吊杆失效对整个结构体系可靠度起控制作用，需要重视短吊杆的养护和监测；由于副拱肋的存在，失稳破坏在实例系杆拱桥的失效模式中不易发生。最终形成系杆拱桥体系可靠指标计算流程，可供相关工程和研究借鉴。 |
| 作者： | 沈艺宁 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘来君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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