基于GA-SVR的PC连续梁桥可靠度分析及寿命预测

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桥梁作为公路交通工程的控制性工程,对公路的正常使用和安全运营有着非同寻常的意义,因此与之相关的可靠度分析及寿命预测便具有着重要的科学价值和应用前景。目前,桥梁结构可靠度分析的重点通常在于如何合理地确定结构的极限状态函数。然而桥梁服役期间受到众多随机因素的影响,各个失效模式的极限状态函数往往是高度非线性的隐式函数;而桥梁本身作为一个较为复杂的结构体系,存在着众多的失效模式,各个失效模式之间的相关性亦不可忽视。针对上述可靠度分析中的主要问题,本文采用GA-SVR算法中的决策函数来近似替代真实的极限状态函数,并以可靠指标矢量法中的相关系数来体现失效模式之间的相关性,最后结合GA-SVR算法和可靠指标矢量法对桥梁的体系可靠度进行求解。基于以上体系可靠度计算方法,对桥梁进行时变可靠度分析,并对其正常使用阶段的寿命进行预测。本文主要的研究工作如下:(1)对SVM的相关理论进行了介绍及推导,得到SVR决策函数的数学表达式;为了得到准确的SVR模型,采用遗传算法对SVR算法的参数进行优化选择,并设计和编写了相应的算法——GA-SVR算法。(2)采用MATLAB分别编制基于GA-SVR算法和FORM法以及JC法的可靠度计算程序,并通过两个函数算例验证了基于GA-SVR的可靠度计算方法的精确性和合理性;探讨了样本数据处理方式、样本数目以及SVR参数对SVR模型回归效果的影响。(3)以一座PC连续梁桥为工程背景,通过Midas/Civil建立其正常使用阶段的有限元模型;结合随机变量抽样数据和其对应的有限元模型计算结果,获得用于训练各个失效模式的SVR模型的样本;采用GA-SVR算法将主要失效模式的极限状态函数显式化,对主要失效模式的相关系数矩阵进行了推导;然后设计并编制基于GA-SVR和可靠指标矢量法的桥梁体系可靠度计算程序,为桥梁体系的时变可靠度分析提供计算方法。(4)采用数理统计中的相关性分析对各个失效模式下的可靠度进行敏感性分析,得到对结构各个失效模式影响较大的关键随机变量。建立相应随机变量的时变概率模型并对桥梁结构体系进行时变可靠度分析。根据时变可靠度分析结果和目标可靠指标对桥梁寿命做出预测。随后探讨了关键随机变量对预测寿命的影响。最后总结了本文的研究工作,并指出了需要进一步研究解决的问题。
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