吳窮+姜浩

摘要：對于CFRP砼梁進行可靠性分析，必須建立準確的極限狀態(tài)函數(shù)，作為一種近似可靠度計算方法的響應面法得到了迅速發(fā)展。采用人工RBF神經(jīng)網(wǎng)絡作為響應面的近似函數(shù)，理論上可以有效地解決響應面的精度問題。在提出基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡與響應面法相結合的砼結構可靠度計算的分析方法的條件下，得出的可靠指標對算例中CFRP砼梁進行可靠性分析。

關鍵詞：可靠度分析；Matlab軟件；神經(jīng)網(wǎng)絡模型；CFRP砼梁；砼結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：U448 文章編號：1009-2374（2016）32-0103-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.051

1 可靠度的計算

1.1 砼梁的可靠度計算

圖1為實驗室中對CFRP砼梁加載以及加載后CFRP砼梁結構達到破壞階段的圖片：

1.3 CFRP砼梁的可靠度計算方法

對于結構抗力，一般是與時間關系無關的隨機變量。根據(jù)現(xiàn)行的FRP規(guī)范計算，材料砼、鋼筋和CFRP的力學性能是結構抗力計算的主要研究對象。計算CFRP鋼筋砼梁的可靠度，已知某一CFRP鋼筋砼構件，根據(jù)未加固鋼筋砼梁所述的計算方法為基礎，加上碳纖維結構的抗拉承載力計算式，求出的結構抗力值。根據(jù)《砼結構設計規(guī)范》（GB 50010-2010）所給出的計算CFRP鋼筋砼梁承載力的計算公式為：

運行得到的結果與基于神經(jīng)網(wǎng)絡的一次二階矩方法得到的結果一樣，其可靠指標為。

兩者方法在神經(jīng)網(wǎng)絡的模型下得出的結果也相同，因此最后采用上述中提到的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法，由RBF響應面方法，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡來模擬應力強度因子及其一階導數(shù)。在神經(jīng)網(wǎng)絡對信息處理過程或存貯的改變中，神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練依據(jù)數(shù)據(jù)，調整并確定權值，使輸出的偏差盡量小，如圖2所示為在學習樣本后偏導數(shù)的變化曲線：

通過表5可以看出在傳統(tǒng)計算方法基礎上，神經(jīng)網(wǎng)絡法的運行時間雖然長，且CPU主頻計算大，但運算次數(shù)多于傳統(tǒng)的可靠度計算方法，其偏差更小，得到的結果更準確。而在傳統(tǒng)可靠度理論計算方法中，響應面法的運行時間長，但運行效率高，求得的可靠度指標偏差較小，如表6所示：

由表6可得，響應面法在相同時間下運行次數(shù)最多，收斂更快，誤差小，更逼近可靠度指標，在傳統(tǒng)可靠度計算中應用價值較高。而與傳統(tǒng)響應面法相比較，人工神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法運行時間雖較長，但相比之下偏差會更小，比較傳統(tǒng)響應面法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法的逼近情況，如圖3所示：

由圖3可以得出，神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法在傳統(tǒng)響應面法的基礎上在更短時間內進行大量計算，逼近可靠度指標更明顯，因算例給出的功能函數(shù)相對簡單，因此收斂速度不好比較，但通過表6比較，神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法相對其他神經(jīng)網(wǎng)絡方法運算速度更快，收斂效果更好。

4 結語

在傳統(tǒng)的可靠度計算方法基礎上，探討了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的可靠度計算方法，其中著重討論了基于RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡響應面的可靠度計算方法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法可以對功能函數(shù)不能明確表達的問題或隱函數(shù)的功能函數(shù)進行可靠度計算，得出明確的可靠度指標。

通過算例分析，并將傳統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡兩種可靠度計算方法詳細地給出計算步驟，再對比各方法運行的各指標及其運行的結果，得出若把本文討論的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法應用于CFRP混凝土梁的可靠度分析中，可以相應提高解題質量和工作效率的結論，此方法運算效率高，相比之下更具有實際應用價值。

因此，本文研究了神經(jīng)網(wǎng)絡模型在可靠度計算的應用以及在傳統(tǒng)響應面的基礎上神經(jīng)網(wǎng)絡法對其的優(yōu)化，再根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡映射的存在定理，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法，提出了基于CFRP砼梁正常使用極限狀態(tài)下的可靠性分析。

參考文獻

[1] 李鐵鈞.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的結構可靠性分析[D].哈爾濱工程大學，2006.

[2] 吳世偉.結構可靠度理論與應用狀況[J].華水科技情報，1985，（1）.

[3] 中華人民共和國國家標準.工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB 50153-92）[S].

[4] 閻宏生.基于神經(jīng)網(wǎng)絡響應面的結構可靠性分析方法研究[J].海洋工程，2002，20（2）.

（責任編輯：小 燕）