【摘要】：城市輸配水系統(tǒng)由取水設(shè)施、原水管線、凈水廠、加壓泵站、配水管線、用戶終端等部分組成,可以分為管線和廠站設(shè)施兩類(lèi)。地震作用下城市輸配水系統(tǒng)破壞災(zāi)害效應(yīng)傳播途徑為：管線結(jié)構(gòu)或供水設(shè)施結(jié)構(gòu)遭受地震破壞,從而導(dǎo)致供水系統(tǒng)的供水功能喪失或減弱,最終表現(xiàn)為供水系統(tǒng)不能滿足震后救援、恢復(fù)和常態(tài)供水等不同時(shí)序階段的供水需求。因此,城市供水管網(wǎng)的抗震設(shè)防不僅要提升管線和廠站設(shè)施結(jié)構(gòu)的抗震性能,還應(yīng)注重提升整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震保障能力。與此相應(yīng)的供水系統(tǒng)抗震研究也可分為管線或廠站設(shè)施結(jié)構(gòu)“單元”層面和管網(wǎng)“系統(tǒng)”層面兩個(gè)部分,本文工作集中于第二部分,是在第一部分的結(jié)構(gòu)單元抗震能力已知的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。 本文的研究對(duì)象是城市區(qū)域內(nèi)的配水管線、用戶終端構(gòu)成的局部供(配)水管網(wǎng)“系統(tǒng)”層面的抗震能力評(píng)價(jià)和抗震設(shè)計(jì)方法。研究圍繞兩個(gè)方向展開(kāi)：已知管線結(jié)構(gòu)的抗震能力后,如何準(zhǔn)確、高效地評(píng)估供水管網(wǎng)的抗震保障能力；已知管網(wǎng)的抗震保障能力后,如何指導(dǎo)管網(wǎng)的抗震設(shè)計(jì)與改造。 論文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.管網(wǎng)抗震連通可靠性分析的高效算法研究 (1)完善了直接不交界限值算法。此算法的直接不交化分解過(guò)程可實(shí)時(shí)逼近網(wǎng)絡(luò)可靠性的真實(shí)解析解,可聯(lián)合界限值法求解大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的近似解,此算法更適用于求解單元處于低可靠度狀態(tài)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)兩端連通可靠性。 (2)提出了網(wǎng)絡(luò)連通可靠性計(jì)算的重要度抽樣隨機(jī)模擬算法。采用重要度抽樣函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣,增加對(duì)失效概率貢獻(xiàn)大的抽樣點(diǎn)出現(xiàn)概率,提高了抽樣效率；提出了一般賦權(quán)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為邊權(quán)網(wǎng)絡(luò)的等效化方法和網(wǎng)絡(luò)單元連通概率靈敏度的重要度抽樣模擬方法。 2.地震破壞供水管網(wǎng)水力分析適用模型研究 (1)進(jìn)行了地震破壞管線漏水模型對(duì)比研究。建立了管段點(diǎn)式滲漏和斷開(kāi)兩種破壞狀態(tài)的流體力學(xué)微觀模型,通過(guò)管線破壞處的水流形態(tài)分析,得到了管網(wǎng)滲漏點(diǎn)和斷開(kāi)點(diǎn)的流出量表達(dá)式；比較了不同漏損出流模型的差異及其在震后管網(wǎng)水力計(jì)算中的適用性。 (2)提出了地震破壞供水管網(wǎng)低壓水力分析方法。提出模擬管線斷開(kāi)點(diǎn)的附加擴(kuò)散器模型,簡(jiǎn)化了斷開(kāi)管段的建模方法；將壓力決定的節(jié)點(diǎn)配水量模型加入到地震破壞管網(wǎng)水力分析中,避開(kāi)了低壓管網(wǎng)水力分析中的節(jié)點(diǎn)負(fù)壓?jiǎn)栴}；利用線性搜索與回溯算法控制管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)非線性方程組的迭代步長(zhǎng),確保了管網(wǎng)低壓水力分析的全局收斂性。 3.供水管網(wǎng)的抗震性能化設(shè)計(jì)方法研究 (1)提出了按照用戶節(jié)點(diǎn)重要度進(jìn)行供水管網(wǎng)抗震性能化設(shè)計(jì)的方法。建立了以常態(tài)運(yùn)行功能、震后救災(zāi)功能和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的用戶節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,分析了管段抗震能力“成本—效益”變化曲線；采用可考慮管網(wǎng)拓?fù)淙哂喽鹊墓芫W(wǎng)抗震設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化分配模型,得到管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和管段抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)分配。 (2)提出了性能化設(shè)計(jì)模型求解的優(yōu)化搜索空間縮減方法。供水管網(wǎng)抗震性能化設(shè)計(jì)的優(yōu)化模型為離散變量組合優(yōu)化問(wèn)題,提出一種基于兩階段搜索空間縮減策略的求解方法,第一階段利用度約束連通圖生成初始種群來(lái)替代隨機(jī)初始種群,縮小了優(yōu)化初始搜索空間；第二階段采用違約個(gè)體修補(bǔ)策略變換優(yōu)化過(guò)程中不滿足約束條件個(gè)體所處的位置。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TU991.33

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本文編號(hào)：2462199