钢筋混凝土框架结构基于性能和可靠度的抗震优化设计

基于可靠度理论的概率极限状态设计法是结构设计的基本法则之一,而新一代"基于性能的地震工程"要求在性能化设计中尚应考虑随机因素的影响。为获得满足预设性能水准和可靠度指标的最优方案,以钢筋混凝土框架结构为例,根据其在不同性能水准下的位移需求,采用非线性随机有限元方法求解结构的抗震可靠度,并将可靠度指标作为约束条件,以总造价为优化目标,提出了一种基于性能和可靠度的抗震优化设计方法。其中,可靠度计算以OpenSees为平台,并采用基于梯度分析的FORM有限元法。优化分析以MATLAB为平台,通过程序调用,实现了与可靠度分析之间的数据通讯。算例分析表明,模拟退火算法在本问题中较遗传算法具有更高全局搜索能力和计算精度。研究成果可为新一代基于性能和可靠度的优化设计提供参考。     

地震作用下串、并联工程系统中结构失效相关性的近似处理

“工程系统”指的是工程项目所包括的主要工程结构的集合。当工程项目具有不止一个主要结构时,各结构单独优化的所组成的集合不一定是全局最优的工程系统。工程系统全局优化过程中非常重要的一环就是该系统失效概率的计算。这时必须考虑而又非常困难的问题就是系统中各个结构之间失效相关性的问题。我们认为,在自然灾害作用下各结构之间的失效相关性主要决定于自然灾害的程度,强度愈高相关性就愈大。据此,给出了这个问题的近似处     

单一随机扰动源作用下工程结构的失效相关问题： ？

在随机扰动的区域性和同时性假设的基础上，本文建立了构件广义应力间的联系方程，从而把ｎ维空间的应力－强度对抗模型转化为一维模型。文中建立了串联和并联失效相关系统可靠度的一般公式，并分析了失效和相关的影响幅度。     

失效相关工程系统的可靠度

本文建议用条件概率来考虑工程系统中各结构失效的相关性。为此,提出了条件关联系数的概念和影响条件概率的各种因素,并以抗震工程系统为例给出了具体的估算方法。从而得出了计算失效相关工程系统可靠度的方法。     

大震下被动与智能隔震结构动力可靠度的对比

对被动及智能隔震结构在“大震”条件下的动力可靠度进行探讨。将被动及智能隔震体系均取作弹塑性模型,并用退化Bouc-W en滞变模型描述上部结构的恢复力,用非退化Bouc-W en模型描述隔震层的恢复力。采用虚拟激励法计算结构的随机响应,根据我国抗震规范中“大震不倒”的设防目标,采用各层最大层间位移峰值响应和累积滞变耗能构造双参数的随机疲劳累积损伤指数,作为功能状态指标。假定各层失效相关,用串联系统计算体系动力可靠度。通过数值算例,对比了被动隔震、智能隔震与非隔震体系的条件失效概率,从动力可靠度角度显示了智能隔震体系的减震优势。     

基于正交枚举法的给水管网抗震加固优化研究

从系统全局出发,以管道单元动态抗震可靠度和震后给水管网各节点的动态自由水压为参数,以优化加固后的管网系统震后水压总降幅最小或系统加固总投入最小为优化目标,对加固方案进行优选,从而给出管网系统的抗震加固优化策略。根据管网系统的功能要求、震害特点,将优化变量转化为较少的离散变量,并利用正交枚举法进行简化计算,从而避免了大规模非线性规划求解的困难,为给水管网的抗震加固优化提供了实用有效的方法。     

生命线工程系统抗震可靠度算法复杂性及简化原则

研究了生命线工程系统抗震可靠度常规算法的适用性，定义了算法的时间复杂性和结构复杂性，分析了使可行算法失效的原因，给出了回路分解公式，提出了优先降低结构复杂性的简化原则。     

地震荷载作用下相关性对结构可靠度的影响

当一个结构系统承受偶发的不确定地震荷载时,其结构单元或元素失效无效的相关性在系统可靠度评估中的十分重要,该相关性的产生,是由于结构系统同时受某一基本随机变量的影响,如地震峰值地面加速度,荷载效应转换或构件承载力等,本文分析了考虑该相关的必要性,此外,还给出了一个考虑相关性的简单方法,可用于估计一个等关联性和等可靠度单元的并联系统的失效概率,该方法由拉斯渐进副近积分法导出。     

框架结构抗震可靠度优化的模型和准则

本以框架结构为研究对象,建议了一个用于结构抗震可靠度优化的模型,把最优结构表达为在给定的材料质量上限值和构件截面尺寸下限值的约束条件下具有最小地震失效概率的结构,模型中的约束函数全部都是设计变量的线性函数,可行域是一个凸域,采用Ｋｕｈｎ－Ｔｕｃｋｅｒ条件推地了最优解必须满足的准则,据此可以构造出优化的迭代格式,中讨论了优化准则的物理意义,给出目标函数对设计变量偏导数的解析求解过程。     

基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程。引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解。采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极限函数。在此基础上,采用首次超越破坏模型,基于Possion分布假设和串联系统可靠度模型,建立了从整体上评价基础隔震体系抗震可靠度的简化分析方法。最后,通过一个基础隔震框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。     

中国现代化区域电信传输地震台网的观测与数据处理系统1982年通过验收鉴定并投入正式运转

之二扼要介绍了中国现代化区域电信传输地震台网观测与数据处理系统(简称768工程系统)于1982年通过验收鉴定并投入正式运转的概况后,主要介绍了该系统的基本处理功能、各分系统的设备与信息流程等特点及其在我国地震观测方面的作用等。     

基于DEA分析的生命线网络节点抗灾相对可靠度评估

对于生命线工程网络系统而言,合理分析和评估其带有网络特征的节点可靠度,比只研究单体可靠度更具实际意义。基于数据包络分析法（Data Envelopment Analysis,DEA）有效性分析的思想,提出了生命线网络节点抗灾相对可靠度的概念。从生命线工程在灾害环境下着重体现出的系统性和网络性出发,考察网络中的节点所能实现的资源供给功能与其所在网络中的空间结构重要性是否匹配,即功能性相对于结构性的可靠度。选择节点资源实际需求量和管内水压作为DEA有效性分析的输入参数,结构重要性作为输出参数,并用网络中介中心性评价结构重要性,获得相应参数。通过实例分析,得出实例工程网络中各节点相应的DEA有效性分析结果,即相对可靠度,并通过对参数的权系数调整,得到了使非有效单元变为有效单元的调整值。该调整值可供优化及改进工程网络的技术性调整方案参考,相对可靠度也可作为评价工程网络系统性能的有益补充。     

基于“投资—效益”准则的结构全寿命总费用模型

作为基于结构性能抗震设计的重要原则,“投资—效益”准则反映了抗震设计思想由只注重结构安全到综合考虑技术、经济、社会等诸多因素影响的转变,而结构性能水平和抗震性能目标是实现这一准则的前提和基础.采用五级结构性能水平细化现行规范给出的三水准设防,以层间位移角为定量指标,建立了结构性能水平与层间位移角限值之间一一对应的关系.提出抗震性能目标优化决策,根据最优设防烈度并引入地震危险性分析,建立了基于“投资—效益”准则的结构全寿命总费用模型.该模型规避了直接求解体系可靠度的复杂过程,将问题转化为求解结构的失效概率.其优点在于既能考虑结构的初始造价,又充分根据结构性能失效的特点考虑结构在各级性能水平下的损失期望,全面注重了结构性能、安全及经济等条件,体现了基于性能的抗震设计理念.     

基于遗传算法的震后交通无线通信系统应急信号优化调度方案

针对传统的应急信号优化调度方法存在执行任务时间较长、可靠度较低等问题,提出一种基于遗传算法的强震后交通无线通信系统应急信号优化调度方法。分别对强震后交通无线通信系统不同子节点的通信占用时间进行分割,通过判断任务调度表能否更新,构建以遗传算法的应急信号调度模型;结合模型的相关特点,引用遗传算法对应急信号调度模型进行求解,获取最优应急信号优化调度方案。仿真实验证明,所提方法对任务调度时间缩短方面进行了改善,对于应急信号调度可靠性也进行了调整。     

在大震下 RC框架结构基于Pushover方法的失效相关性分析

目前,基于性能的建筑结构抗震设计成为世界各国土木工程界研究的热点之一.结构体系可靠度理论是进行结构性能分析的重要的理论基础.在结构体系可靠度的计算中,一个急待解决的问题是结构构件或截面间的失效相关性问题.本文基于pushover方法,采用Monte Carlo法和随机有限元法,在小震研究成果的基础上,进一步研究了钢筋混凝土框架结构在大震情况下的失效相关性问题,分别得出了框架梁、柱在大震作用下的部分失效相关性规律.     

高层建筑结构的抗震可靠度分析与优化设计

本文根据我们在文献２中给出的等效随机地震静力作用模型，紧密结合规范和利用我们在文献６中提出的结构体系可靠度分析的最弱失效模式法，提出了结构构件和体系“小震不坏”和“大震不倒”及结构体系在设计基准期内的抗震可靠度分析方法；重新校准了结构构件的目标可靠度指标；综合考虑结构造价和损失期望，提出了结构体系抗震目标可靠度的优化决策方法；分别给出了满足构件抗震目标可靠指标与同时满足构件和体系抗震目标可靠指标的     

桁架式跨河管架的优化设计及地震可靠性评价

在管道穿跨越工程中,桁架式跨河管架是一种常见形式.本文在结构优化设计中分别对矩形桁架结构和倒三角形桁架结构两种方案进行优化,并对优化结果进行了比较分析,确定了结构最优方案.通过模拟结构在地震作用下的响应对结构的抗震性能进行了分析,并通过可靠性分析评价了结构的抗震可靠度.结果表明:适当增加结构高度和减小结构宽度对结构有利;结构的总重量随杆件截面尺寸的减小而迅速降低,10次优化循环后即从54 t降至24 t左右;三角形桁架比矩形桁架结构简单,重量减轻36％;可靠性分析表明结构的可靠度为99％.     

钢筋混凝土框架结构体系抗震可靠度及其抗力衰减影响分析

结构体系可靠度分析面临的主要问题是失效模式多,但通过pushover分析方法在一定情况下可以得到结构的最弱失效模式。本文将结构体系抗力等效为与结构特定损伤状况相关的结构的顶点位移,结构的地震作用效应由pushover分析及能力谱法求得。考虑结构体系抗力随机性的主要影响因素以及地震作用的随机性,分别求得了结构抗力及地震作用效应的概率分布参数,通过一次二阶矩方法求得了结构体系可靠度,并进一步研究了结构层数变化及耐久性退化因素对结构体系可靠度的影响。研究发现,结构体系的抗震可靠度水平随着结构层数的增加有减小的趋势,结构体系的抗震可靠度水平随着结构使用期增加而降低,降低幅度与薄弱层个数有关,薄弱层越多,降低幅度越大。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析 II:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明:尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算"小震"作用下结构的承载能力可靠度和"大震"作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在"中震"和"大震"作用下结构的极限承载能力可靠度。     

钢框架结构的非线性静力抗震可靠性分析Ⅱ:可靠度指标及其灵敏度

将有限元反应及其灵敏度分析与结构可靠度分析的近似解析方法结合起来,可以进行具有隐式功能函数的大型复杂结构的可靠性分析。在基于位移的非线性纤维梁柱单元及其灵敏度直接微分表达式的基础上,通过力学变换、概率变换和反应灵敏度,将结构可靠度计算方法FORM和SORM与有限元方法有机地集成在一起。依据现行抗震设计规范,建立了钢框架结构典型构件承载能力和结构层间变形能力的抗震极限状态方程,利用地震作用的等效随机静力模型,采用非线性有限元静力可靠度方法,对一实际工程结构的抗震可靠度及其灵敏度进行了概率分析和评价,结果表明：尽管在大震作用下该结构的层间弹塑性变形可靠度较高,但是构件极限承载能力的可靠度指标较低,仍然存在失效的可能性。因此,仅验算“小震”作用下结构的承载能力可靠度和“大震”作用下结构的变形能力可靠度是不够的,还需要验算在“中震”和“大震”作用下结构的极限承载能力可靠度。