基于支持向量机的宽幅大跨径斜拉桥可靠度分析

• 作 者: 郭洪超
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 支持向量机 可靠度分析 宽幅 斜拉桥 MATLAB

宽幅大跨径斜拉桥造型美观、行车视野好、受力性能好,在工程中已经得到了越来越多的应用。在大跨径斜拉桥快速发展的同时也带来了很多问题,近几年大跨径桥梁因为结构失效问题,给社会、经济以及交通事业的发展造成了很大危害。由于桥梁跨径的增大,桥梁结构会变得更加复杂,桥梁结构的失效问题需予以重视。因此,对于宽幅大跨径斜拉桥的可靠度分析变得尤为重要。由于传统的结构可靠度分析方法,实现宽幅大跨径斜拉桥这种复杂结构的可靠度计算分析比较繁琐、效率低,本文提出将支持向量机和智能算法结合在一起实现对于斜拉桥可靠度的分析。主要内容如下:1、根据现有的可靠度计算分析方法和理论,分析了一次二阶矩法、二次二阶矩法、MC法以及响应面法等方法的优缺点。其中支持向量机可以高精度的拟合出符合斜拉桥体系的功能函数,可以采用此方法进行北街水道桥的可靠度分析。2、基于MATLAB平台运用支持向量机算法来拟合斜拉桥的结构功能函数,为保证其精度,采用交叉验证法和遗传算法对于支持向量机模型参数进行优化,然后采用罚函数法将非线性有约束最优化问题转化成简单的求函数方程极值问题,最终运用粒子群算法进行极值的求解,即可靠度指标的求解。运用经典算例验证方法的可行性,结果精度较高,可以用于工程结构可靠度分析。3、采用ANSYS软件建立了北街水道桥的有限元模型,并利用支持向量机和智能算法相结合的方法对其进行分析。针对工程中常出现的刚度失效、强度失效问题,对北街水道桥的主梁跨中挠度、斜拉索应力和主塔应力采用不同汽车荷载布载方式进行可靠度分析,所得可靠度均较高;并对各个随机变量的均值和标准差进行敏感性分析,得到对各种失效模式影响最大的随机变量。4、基于一般界限范围法对北街水道桥结构体系可靠度进行估算,结果表明北街水道桥可靠度满足安全范围要求。对比北街水道桥结构体系可靠度、主梁跨中挠度可靠度、斜拉索应力可靠度和主塔应力可靠度,斜拉索应力可靠度对北街水道桥结构体系可靠度影响最大,需重视斜拉索的选择、安装和后期养护。