混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的不確定性分析與研究.pdf

1、不確定性分析是土木工程領(lǐng)域的一個(gè)重要而廣泛的研究方向。不確定性分析的理論及方法既是真實(shí)反映實(shí)際工程不確定性問題的數(shù)學(xué)語言，也是有效處理實(shí)際工程不確定性問題的計(jì)算邏輯。包括貝葉斯理論、區(qū)間分析等在內(nèi)的不確定性基本理論，使結(jié)構(gòu)不確定性分析方法具有更為廣泛的理論基礎(chǔ)，拓展了以往經(jīng)典概率為基礎(chǔ)的分析方法所涉及的工程應(yīng)用領(lǐng)域。圍繞結(jié)構(gòu)抗震分析，本文主要的研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　 (1)構(gòu)造了基于貝葉斯網(wǎng)的專家系統(tǒng)通用原型機(jī)用于結(jié)構(gòu)工程的診

2、斷評(píng)估。在該系統(tǒng)中，領(lǐng)域知識(shí)采用離散貝葉斯網(wǎng)表達(dá)，系統(tǒng)的推理采用合樹算法。系統(tǒng)的構(gòu)造采用了模塊化設(shè)計(jì)思路。系統(tǒng)依據(jù)功能可劃分為用戶界面模塊、貝葉斯網(wǎng)編輯模塊以及推理模塊。用戶界面模塊接受用戶的輸入，包括貝葉斯網(wǎng)的編輯、證據(jù)的輸入以及最終結(jié)果的輸出；推理模塊負(fù)責(zé)將貝葉斯網(wǎng)編譯為合樹、根據(jù)證據(jù)進(jìn)行不確定性推理以及邊緣化最終的聯(lián)合概率；編輯模塊實(shí)現(xiàn)用戶界面動(dòng)作到貝葉斯網(wǎng)構(gòu)造的轉(zhuǎn)變。本文以鋼筋混凝土耐久性診斷為例，說明了貝葉斯網(wǎng)合樹算法的推理過

3、程；結(jié)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估，演示了該系統(tǒng)如何在信息不完備這類土木工程中常見的不確定性環(huán)境下的具體應(yīng)用。
　　 (2)根據(jù)所搜集到的1918條地震記錄，對(duì)具有不同屈服水平系數(shù)及周期的單自由度體系作了彈塑性時(shí)程分析，通過擬合得到了簡(jiǎn)化的延性需求計(jì)算公式；根據(jù)回歸分析構(gòu)造了一個(gè)新的參數(shù)用于描述地震頻譜特性對(duì)延性需求的影響。在此基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)10節(jié)點(diǎn)的連續(xù)型貝葉斯網(wǎng)用于地震延性概率需求分析。該模型可以根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)不斷修正概

4、率分布從而得到更準(zhǔn)確的后驗(yàn)分布。貝葉斯網(wǎng)的后驗(yàn)分布是一個(gè)非常復(fù)雜的高維積分問題。本文引進(jìn)馬爾科夫鏈蒙特卡羅模擬方法，即基于Metropolis-Hastings采樣及收斂性檢驗(yàn)算法，計(jì)算給定地震強(qiáng)度觀察值條件下延性需求的后驗(yàn)分布。算例分析了各地震強(qiáng)度參量及觀測(cè)值對(duì)延性需求預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。
　　 (3)通過收集12次近場(chǎng)地震的71條地震紀(jì)錄，分析了三種典型框架結(jié)構(gòu)在近場(chǎng)地震作用下的響應(yīng)，提出了兩個(gè)基于模糊代表值的新地震強(qiáng)度指標(biāo)。第

5、一個(gè)地震強(qiáng)度指標(biāo)是根據(jù)結(jié)構(gòu)模糊周期，通過擴(kuò)張?jiān)慝@得相應(yīng)的譜速度平方值模糊集，再由模糊集取重心而確定的代表值。對(duì)于中長(zhǎng)周期的兩種典型框架結(jié)構(gòu)，新指標(biāo)相較于已有的9種指標(biāo)表現(xiàn)出較好的充分性和有效性。另一個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)則以推覆分析中模糊化的加載力向量為基礎(chǔ)，通過擴(kuò)張?jiān)砑巴聘卜治龅玫浇Y(jié)構(gòu)位移延性模糊集再取代表值求得。分析表明該指標(biāo)對(duì)中短周期結(jié)構(gòu)具有較好的充分性和有效性?？傮w說來，模糊代表值化的新地震強(qiáng)度指標(biāo)考慮了結(jié)構(gòu)在環(huán)境作用下所具有的模糊性，

6、因此具有較高的充分性和有效性。
　　 (4)“強(qiáng)剪弱彎”是保證結(jié)構(gòu)延性的一個(gè)重要設(shè)計(jì)概念。本文采用區(qū)間變量表達(dá)認(rèn)知不確定性，對(duì)鋼筋混凝土框架柱的強(qiáng)剪弱彎性能進(jìn)行了非經(jīng)典概率可靠性分析。根據(jù)失效事件對(duì)基本事件的包含關(guān)系建立了“強(qiáng)剪弱彎”可靠性概率區(qū)間模型。對(duì)于含有區(qū)間值參數(shù)的結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算，引進(jìn)泰勒模型以減少由于區(qū)間擴(kuò)張而導(dǎo)致的過大誤差。引進(jìn)考慮“不可行度”的模擬退火遺傳算法確定“強(qiáng)剪弱彎”的大致設(shè)計(jì)區(qū)間，根據(jù)該設(shè)計(jì)區(qū)間進(jìn)行重要性