大跨度钢桁架拱桥结构可靠性优化设计方法研究结题摘要

结构优化设计是从符合结构使用功能要求并满足结构强度、稳定性和刚度的所有可行设计中，相对设计者预定的标准，找出的最优方案，它使得设计者由被动的分析转变为主动的设计控制。目前，绝大部分的结构优化设计研究均是基于确定性结构参数。显然，此类优化设计无法反映出结构参数的随机性对结构设计结果的影响。本项目以最小结构用钢量为目标函数，研究基于可靠性约束的大跨度钢桁架拱桥结构尺寸优化问题。具体研究成果包括：建立了大跨度钢桁架拱桥可靠度优化模型；提出了大跨度钢桁架拱桥系统可靠度分析的混合方法。该方法融合了BP神经网络、均匀设计法及PCM算法的优点，可以精确方便地对桥梁结构系统可靠度进行分析。将神经网络、可靠度分析法和传统遗传算法各自的优点相结合，建立了大跨度钢桁架拱桥结构可靠度性优化设计实用算法。研发了大跨度钢桁架拱桥结构可靠性优化设计程序，并结合算例验证了程序的正确性和有效性。以重庆朝天门大桥(主跨552m钢桁架拱桥)为例进行了基于可靠度的大跨度钢桁架拱桥结构优化分析，证明了所建立的结构可靠性优化分析方法和开发的程序的实用性，为今后在基于可靠度的桥梁工程结构优化分析中推广该方法与程序奠定了良好的基础。这些研究成果克服了目前优化设计方法的理论缺陷，全面考虑了结构中存在的各种不确定因素，为经济合理设计大跨度钢桁架拱桥提供理论依据。

结构优化设计是从符合结构使用功能要求并满足结构强度、稳定性和刚度的所有可行设计中，相对设计者预定的标准，找出的最优方案，它使得设计者由被动的分析转变为主动的设计控制。目前，绝大部分的结构优化设计研究均是基于确定性结构参数。显然，此类优化设计无法反映出结构参数的随机性对结构设计结果的影响。本项目以最小结构用钢量为目标函数，研究基于可靠性约束的大跨度钢桁架拱桥结构尺寸优化问题。通过将均匀设计法、神经网络和遗传算法相结合，建立大跨度桁架拱桥结构可靠性优化设计新方法。本项目涉及工程结构学、结构优化设计、结构可靠性理论等多个学科，是对目前确定性优化设计方法的突破，研究成果将克服目前优化设计方法的理论缺陷，全面考虑结构中存在的各种不确定因素，为经济合理设计大跨度钢桁架拱桥提供理论依据；同时，促进学科间的交融，推动结构可靠性优化设计方法向更广的领域发展。

译 者 序　现在奉献给读者的《结构可靠性设计》一书是根据《Reliability-based Structural Design》（2010年版）翻译的。原书作者是美国佐治亚理工大学乔治·W.伍德拉夫机械工程学院副教授崔胜谦等人，这是他们增删多次后最新的一部力作。

这是一本关于结构系统可靠性分析及优化设计方法的专业书籍。本书系统、深入地论述了结构可靠性设计与优化方法，并提出了针对复杂系统可靠性设计问题的高效计算方法。全书特别注重理论与实际的紧密结合，书中介绍了多样化的工程计算实例，并给出了详细的计算过程，便于读者更加深刻地理解理论方法。因此，本书非常适合本科生和研究生学习结构可靠性分析与设计、可靠性优化等理论知识。同样，本书对于工程师、研究人员以及技术管理人员学习可靠性分析与优化理论基础、计算实现以及应用概率分析和设计解决工程实际问题，也具有重要的参考价值。

译者在从事车辆系统结构强度及疲劳寿命可靠性分析、结构优化设计等方面的研究工作中发现，一种准确高效的可靠性分析方法对于解决复杂系统的可靠性问题具有非常重要的意义。本书提出了基于随机扩展技术的可靠性分析及优化设计方法，并通过计算实例验证了这些方法的准确程度及计算效率，从而能够有效解决复杂系统的可靠性计算问题。希望本书的出版能够给予从事相关研究的人员以启迪。

本书的完成首先要感谢装备科技译著出版基金的资助，如果没有基金的资助，作者无法开展著作的翻译工作。本书翻译过程中，得到了北京理工大学苑士华教授和清华大学李克强教授的鼓励与指导，译者深表感谢。〖JP 1〗　装甲兵工程学院机械工程系洪煌杰、李建阳、王钦龙、韩立军、栗浩展、李同飞等研究生参与了本书的翻译工作。装甲兵工程学院王红岩教授、高连华教授认真审阅了全文译稿，提〖JP 2〗出了不少改进意见。装甲兵工程学院王良曦教授对本书译稿提出了许多宝贵的修改意见和建议，他们对本书倾注的热情和支持令人感动。同时，译者对装甲兵工程学院郝娜老师以及国防工业出版社冯晨编辑在装备科技译著出版基金申请及本书出版过程中给予的支持与帮助表示由衷的感谢。〖JP〗　译者对原著印刷方面的错误，一经发现便予以纠正而不加说明。译文不妥之处在所难免，诚请读者指正。

内容简介

本书系统地介绍工程结构可靠性的理论基础、基本原理、分析方法及其工程应用。主要内容包括：影响结构可靠性的不确定性；结构可靠性数学基础；结构可靠性基本原理；结构可靠性分析方法；结构体系可靠度；荷载和抗力的统计分析以及结构可靠性理论在设计规范中的应用与研究进展等。 本书按教材形式编写，并配有大量的例题，可作为高等院校工业与民用建筑、结构工程、水利工程、港口工程、公路与桥梁工程专业本科生和研究生的教学参考书，也可供有关专业科研人员、技术人员和管理人员参考。

《土木工程研究生系列教材·工程结构可靠性设计原理》是土木工程研究生系列教材之一。《土木工程研究生系列教材·工程结构可靠性设计原理》共八章及两个附录。主要内容为绪论，结构可靠性的基本概念和原理，结构可靠度的计算方法，结构上的作用和作用效应，结构及结构构件的抗力，结构可靠度校准及极限状态设计，结构的稳健性与抗连续倒塌设计及既有结构可靠性评估。附录A 给出了有关结构可靠性的一些中英文名词对照，附录B简要回顾了概率论与数理统计的基本概念。