基于可靠性的生命線工程管網(wǎng)智能化抗震設(shè)計(jì)——以供水系統(tǒng)為例.pdf

1、本文基于抗震可靠度分析和網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的思想對(duì)生命線工程管網(wǎng)的智能化抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入探討。以城市供水管網(wǎng)為研究對(duì)象，在綜合考慮管網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性、日常運(yùn)營合理性、抗震可靠性的基礎(chǔ)上，初步建立了利用計(jì)算機(jī)完成管網(wǎng)抗震智能化總體設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)的基本框架。 網(wǎng)絡(luò)的抗震可靠度分析是評(píng)價(jià)生命線工程系統(tǒng)抗震能力和災(zāi)后運(yùn)行性能的重要手段。本文在考慮埋地管線地震破壞特征的基礎(chǔ)上，利用水力學(xué)原理，提出了一種以管線接口變形為主要破壞模式的點(diǎn)式滲

2、漏理論模型。以震后帶滲漏供水管網(wǎng)的功能分析為基礎(chǔ)，采用一次二階矩方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)及系統(tǒng)的功能可靠度。此方法較之隨機(jī)模擬方法概念清晰且大為簡化。 近四十年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面所做的工作大多集中于管網(wǎng)的細(xì)部設(shè)計(jì)問題——管徑優(yōu)化。研究表明，管徑對(duì)管線抗震可靠度的影響是有限的。管網(wǎng)抗震拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)則為管網(wǎng)抗震設(shè)計(jì)提供了經(jīng)濟(jì)、高效的途徑。本文首次提出了網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成拓?fù)浼夹g(shù)，并針對(duì)在生成過程中可能產(chǎn)生的不連通網(wǎng)絡(luò)，給出了啟發(fā)式修

3、補(bǔ)策略。這兩項(xiàng)技術(shù)使得自動(dòng)生成管網(wǎng)初始拓?fù)潼c(diǎn)集成為可能，形成了管網(wǎng)智能化抗震設(shè)計(jì)的先導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，本文提出了基于可靠度的生命線工程管網(wǎng)抗震智能化設(shè)計(jì)方法，發(fā)展了遺傳算法(GA)和模擬退火算法(SA)相融合的混合優(yōu)化策略，采用系統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化和管徑優(yōu)化的綜合設(shè)計(jì)途徑完成整個(gè)管網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)。GASA混合優(yōu)化策略，改善了過去單一算法對(duì)算法參數(shù)極為敏感和初值魯棒性較差的弊端，加速了對(duì)全局最優(yōu)解的搜索速度。 最后，運(yùn)用本文提出的基

4、于可靠度的管網(wǎng)抗震智能化設(shè)計(jì)方法，對(duì)包含463個(gè)節(jié)點(diǎn)的沈陽市主干供水管網(wǎng)進(jìn)行了抗震設(shè)計(jì)。在8度地震作用下，所設(shè)計(jì)的最優(yōu)管網(wǎng)比原始管網(wǎng)減少了237條管線，占總數(shù)的24.3％，而各節(jié)點(diǎn)最小抗震可靠度達(dá)到94.3％。 生命線工程管網(wǎng)的抗震智能化設(shè)計(jì)是生命線地震工程的前沿性課題。本文旨在推動(dòng)生命線工程系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)，由研究管網(wǎng)的細(xì)部設(shè)計(jì)——管徑優(yōu)化，逐漸過度到研究管網(wǎng)的全局設(shè)計(jì)，使管網(wǎng)設(shè)計(jì)能夠真正擺脫過去缺乏抗震設(shè)計(jì)手段、布線過程繁瑣、