城市供燃气管网系统的抗震可靠性优化

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文城市供燃气管网系统的抗震可靠性优化姓名：刘小坛申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：李杰20070601摘要生命线工程系统是维系现代城市功能与区域经济功能的基础性工程设施系统，它包括电力系统、交通系统、城市供水、供热、供燃气系统。作为生命线系统的重要组成部分，城市供燃气系统担负着城市工业生产、生活供气的任务。在地震作用下，它的破坏不仅直接影响系统的功能，而且会造成严重的次生灾害。因此，为确保供燃气管网系统在地震作用下的安全，需对供燃气系统进行抗震可靠性与优化设计研究。系统可靠性分析是系统优化的基础，而系统优化

2、是系统可靠性研究的最终目标。本文的优化研究是在供燃气管网系统可靠性分析的基础上展开的。供燃气管网抗震优化问题是以网络造价为目标函数，管网拓扑结构为优化途径，管网节点最低连通可靠度为约束条件。该问题在本质上是0-I组合优化问题，且属于“NP．Hard”问题。对于这类问题，传统的最优化方法很难适用，需要发展现代优化算法加以解决。在本文的研究中，首先建立了问题的四个Benchmark模型实例，为验证应用于管网系统抗震优化问题中各优化算法的正确性奠定基础。首次将蚁群算法，这一新型组合优化算法应用于管网系统抗震优化问题中，比较分析了蚁群算法中AS和MMA

3、S两种模型。在此基础上，本文尝试提出了将蚁群算法和模拟退火算法相结合的混合算法，比较分析了管网拓扑优化的遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、混合算法的性能。研究结果表明：针对中小型网络，蚁群算法和遗传算法性能相当，模拟退火算法较差，混合算法有待于进一步研究。最后，采用蚁群算法进行了沈阳市主干供气管网在八度基本烈度下的抗震可靠性优化设计。关键词：城市供燃气管网，抗震可靠度，Benchmark，蚁群算法，拓扑优化ABSTRACTLifelines，suchasthepowertransmission,transportation,andtheurba

4、nwater,heatandgassupplypipelinesystemsandthelike，arefundamentalinfrastructuresystemstosupportmodemcities’functionsandmaintainregionaleconomicdevelopment．Asaneedfulcomponentoflifelines，theurbangassupplypipelinesystemplaysanimportantroleinindustryanddailylife．Theearthquake—ind

5、uceddestroywoulddirectlyinfluencethesystem’Sfunctionandincurseveresecondarydisasters，forexample，fire．Thus，toensurethesafetyofurbangassupplysystemsubjecttoearthquake，itisofgreatnecessitytostudyitsseismicreliabilities．Theearthquakeresistanceofurbangassupplysystemcanbeinvestiga

6、tedintermsofthesystemreliability．Ingeneralbothsystemreliabilityanalysisandoptimizationageincludedinthisresearch．Systemreliabilityanal3，sisiSafundamentaltoolforitsoptimizationdesign，whilethelatteristheultimateobjecttotheformer．Thispaperinvestigatestheoptimizationofurbangassup

7、plysystembasedonitscorrespondingreliabilityanalysis．Theoptimizationofgassupplysystemislooselydefinedastheselectionofthelowestcostcombinationofpotentialpipelineswithsomedesignconstraintssuchasthelowestnodalconnectivityreliabilitiesofnetworksatisfied．Infact,thisproblemisatypic

8、al0-1combinatorialoptimizationonewhichbelongsto‘‘NP-Hard'’problem．Therefore