基于凸集模型的结构地震多维易损性分析

将凸集模型应用于结构的地震多维易损性分析。建立钢筋混凝土框架结构模型，选择最大层间位移角和最大层加速度两种参数建立多维性能极限状态方程。通过平均信息熵理论，获得两种参数的区间估计。考虑椭球模型和区间模型两种形式的凸集模型，在标准空间内通过拉丁超立方抽样生成样本点，通过矩阵变换将其映射到凸集空间内，建立结构地震响应的凸集模型。将凸集变量样本点代入极限状态方程，进行了易损性分析。采用概率模型进行对比计算，研究表明，与概率模型相比，当PGA较小时，凸集模型的破坏概率较大，而PGA较大时，凸集模型的破坏概率较小；椭球模型和凸集模型的分析结果差距较小，在各个PGA下破坏概率差值仅为0.05~0.1，因此可以不考虑凸集类型不同对易损性分析结果的差异。     

基于链式贝叶斯网络的结构可靠性分析

将贝叶斯网络与传统可靠性方法结合,建立结构系统的可靠性贝叶斯网络模型,通过改进的分支限界法确定结构主要失效模式,并将贝叶斯网络链式化来提升计算效率。根据可靠性方法计算条件概率表;使用概率网络估算法来考虑主要失效模式之间的相关性,计算系统可靠性;当有新信息出现时,利用贝叶斯网络推理,对结构系统可靠性进行评估。以一桁架结构为研究对象,计算结构系统的可靠性,并在新信息出现的情况下对系统可靠性进行了更新。     

基于β-二项分布的结构易损性分析

易损性曲线建立过程中受激励不确定性和结构参数不确定性的影响,会引起结构或构件观测结果的统计相关性。为此,本文提出基于β-二项分布的结构易损性分析方法。该方法根据性能量化指标阈值和Monte Carlo模拟确定震后观测结果,采用β-二项分布探讨震后观测值的统计相关性;结合对数回归模型,推导了改进β-二项分布的累积分布函数,计算结构失效概率;通过累积对数正态分布拟合易损性曲线,比较了观测失效样本数与观测失效概率统计相关性对易损性的影响,并与未考虑统计相关性的传统易损性曲线作对比。某8层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的算例表明,考虑统计相关性的易损性较传统易损性偏大,且结构遭受8度以上地震作用时,考虑失效样本数统计相关性的易损性使预测结果更为保守,利于工程安全。     

联合极限状态下基于最大熵可靠度的易损性分析

考虑工程需求参数(EDP)的前四阶矩,提出基于最大熵可靠度理论的地震易损性分析方法.基于SAP2000建立钢筋混凝土框剪模型,选择最大层间位移角和最大层加速度衡量结构的联合性能极限状态,建立极限状态方程.不对EDP的分布进行人为假定,在不同峰值加速度(PGA)下计算两种EDP的前四阶矩,并作为约束条件,建立极限状态方程...     

近断层地震作用下钢筋混凝土连续梁桥地震易损性分析

考虑桥墩、支座构件及主梁的碰撞损伤指标,对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震易损性分析.综合考虑了结构参数的不确定性,从太平洋地震工程研究(Pacific earthquake engineering research,PEER)数据库中随机选取了20条近场地震记录,得到大量的随机地震-结构样本.结合不同破坏状态下的桥梁损伤指标,根据结构的能力与需求得到了桥梁各构件及整体桥梁结构的地震易损性曲线.从概率意义上判断在强烈地震作用下桥梁结构所处的破坏状态,为今后在役的同类型桥梁震害预测提供了参考.     

基于概率地震需求分析的750 kV-SF6罐式断路器耦联体系地震易损性模型

变电站作为电力系统的枢纽，其抗震性能评估尤为重要，其中罐式断路器耦联体系是变电站中的重要设备之一。为研究750 kV-SF₆罐式断路器耦联体系的抗震性能，采用增量动力分析(IDA)以及概率地震需求分析(PSDM)相结合的方法评估了其地震易损性。首先分析了750 kV-SF₆罐式断路器耦联体系的结构特性和震损特征，构建了有限元模型。通过增量动力分析(IDA),以地面峰值加速度(PGA)为地震动输入参数，得到关键易损部位的地震响应。在此基础上，通过概率地震需求模型(PSDM)生成了每个易损部位在不同震损状态下的地震易损性曲线。最后，基于可靠度理论计算得到了750 kV-SF₆罐式断路器耦联体系的地震易损性模型。结果表明，可以确定该结构在不同PGA下发生完全、严重、中度和轻微损坏的概率，反映了结构的抗震性能水平，例如当PGA达到0.6g时，750 kV-SF₆罐式断路器耦联体系4种破坏状态的概率分别分0%,1%～5%,88%～93%和100%。     

基于整体易损性的猫头型输电塔抗倒塌能力分析

作为输电线路的主要组成部分,输电塔结构对地震作用非常敏感。本文以中国输电线路中常采用的猫头型输电塔结构为例,开展了输电塔结构整体抗地震倒塌能力分析。以某一实际单回路3个不同高度的直线塔为研究对象,基于OpenSees平台建立输电塔结构三维有限元模型,定义4个倒塌极限状态依据,选取20条远场地震动记录,采用增量动力分析(IDA)方法,得到4个倒塌极限状态依据下输电塔结构的倒塌点,进一步获得输电塔结构的倒塌易损性曲线及其潜在失效杆件,并评估其在不同水平设计地震作用下的倒塌裕度比。研究结果表明,猫头型输电塔的地震损伤主要集中在塔头位置;随着塔体高度的增高,猫头型输电塔抗地震倒塌能力减弱;猫头型输电塔在巨震作用下存在一定的倒塌风险。     

基于神经网络的核电厂设备易损性分析

核电结构的易损性分析是核电厂地震安全评估中至关重要的一环, 但是由于核电结构的复杂性以及考虑土?结相互作用SSI时较大的计算规模, 使得计算核电厂设备易损性曲线十分耗时. 为发展高效的核电厂设备易损性分析方法, 本文采用核电结构土?结相互作用分析的分区计算方法, 并利用有限的SSI分析结果建立神经元模型ANN代替有限元模型, 分别基于对数正态假定的回归法和蒙特卡洛法进行了设备易损性分析. ANN数值模拟包括了以下内容: (1)基于半偏相关系数选择最相关的地震动参数作为ANN输入, 并通过交叉检验建立神经元模型; (2)量化研究ANN数值模拟的预测不确定性, 其中包含了由于简化地震动输入引起的随机不确定性和训练样本缺失引起的认知不确定性; (3)基于ANN模型预测结果分别采用蒙特卡洛法和基于对数正态假定的回归法进行设备的易损性分析. 本文探讨了不同的地震强度指标以及土层材料的不确定性对易损性曲线的影响, 同时验证了回归法中对数正态模型假定的基本合理性, 为核电厂设备易损性分析提供了一种可能方向.      

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来，城市地标建筑的建设中，高层连体建筑越来越受到青睐，在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性，迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象，开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先，建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数，形成了多灾害联合易损性分析方法。随后，选取了地震动记录，开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟，并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后，基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合，开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明，结构易损性随着PGA和风速的增大而增大；相比单一灾害作用，地震与风耦合作用下，结构各破坏状态的失效概率均有所增加；当风速达40 m/s时，罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。     

全局性能水准与构件局部损伤状态

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。     

基于支持向量机回归的结构系统可靠性及灵敏度分析方法

提出了一种基于支持向量机回归近似极限状态方程的系统可靠性分析方法,所提方法首先由支持向量机拟合系统各失效模式的极限状态方程,将复杂或隐式极限状态方程近似等价为显式极限状态方程,然后根据系统各个失效模式的逻辑结构,由高精度的显式极限状态方程方法计算系统的失效概率和参数灵敏度.与线性展开和响应面法近似极限状态方程相比,文中方法由于采用了基于结构风险最小化原理的支持向量机回归,因而在拟合非线性极限状态方程上表现优越,计算精度高.与直接蒙特卡洛模拟相比,由于该方法采用较少的样本即可近似出概率等价的显式极限状态方程,因而计算效率大幅提高.工程实例表明:所提方法可以处理串联、并联和混合系统的可靠性与可靠性灵敏度分析,具有工程运用价值.     

基于BP神经网络和Laplace渐进积分法的结构可靠性计算

传统基于代理模型的可靠性研究大多将抽样方法与代理模型相结合,并假定随机变量相互独立,且没有考虑到代理模型的不确定性对失效概率的影响。本文将反向传播(BP)神经网络和Laplace渐进积分法相结合,提出一种结合代理模型和高次阶矩的可靠性计算方法,称之为BP-Lap法。采用Latin超立方抽样技术,结合学习函数选取样本点,基于函数逼近原理,利用BP网络代理极限状态方程及其梯度向量和Hessian矩阵。利用训练好的BP网络通过Laplace渐进积分法求解失效概率,基于十折交叉验证思想,得到失效概率取值区间。通过四个算例,分别在随机变量相关和不相关的条件下,验证了BP-Lap法的有效性。研究表明：BP-Lap法可以衡量代理模型的不确定性对失效概率的影响,得到失效概率的上、下界;BP-Lap法同时适用于显示和隐式的极限状态方程,对相关随机变量的可靠性问题具有较高精度。     

AN IMPROVED RESPONSE SURFACE METHOD BASED ON THE RESONABLE SUBDOMAIN

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.     

基于合理子域的改进响应面方法

基于结构可靠性分析理论,给出了合理子域概念.合理子域能够明确在设计点附近对失效概率起主要贡献区域尺寸,且能够保证失效点以一定概率落在其内,解决了对失效概率起主要贡献区域尺寸难以量化问题.基于合理子域概念,给出了一种改进响应面方法.该方法能够保证响应函数在设计点处是无误差的、且在合理子域内对极限状态函数具有较好近似.采取蒙特卡罗重要抽样方法求解失效概率,结合抽样点位置采取分区域评估方法以提高失效概率求解精度.算例表明,所提方法在处理具有显式和隐式极限状态函数的可靠性分析时,均具有较好的计算精度和较高的计算效率.      

A novel method based on maximum likelihood estimation for the construction of seismic fragility curves using numerical simulations

Seismic fragility curves presenting some probability of failure or of a damage state exceedance versus seismic intensity can be established by engineering judgment, empirical or numerical approaches. This paper focuses on the latter issue. In recent studies, three popular methods based on numerical simulations, comprising scaled seismic intensity, maximum likelihood estimation and probabilistic seismic demand/capacity models, have been studied and compared. The results obtained show that the maximum likelihood estimation (MLE) method is in general better than other ones. However, previous publications also indicated the dependence of the MLE method on the ground excitation input. The objective of this paper is thus to propose a novel method improving the existing MLE one. Improvements are based on probabilistic ground motion information, which is taken into account in the proposed procedure. The validity of this new approach is verified by analytical tests and numerical examples.     

基于首次超越理论的高层隔震结构基础提离易损性分析

针对基础隔震的高层建筑,基于首次超越理论,计算了各个隔震支座在非平稳随机激励下发生基础提离破坏的易损性曲线。隔震结构采用三维有限元建模,隔震支座采用Bouc-Wen模型,经过等效线性化后,应用虚拟激励法求得结构的随机响应。讨论了隔震支座的阻尼比、屈服力以及地震动输入方向对隔震支座易损性曲线的影响。研究发现:增加隔震支座的阻尼比或是增加隔震支座的屈服力都会使得隔震支座发生基础提离的破坏概率增加,地震动的输入方向对隔震支座基础提离易损性曲线影响十分显著。