結(jié)構(gòu)體系抗震可靠度的優(yōu)化與控制研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)可靠度理論可較客觀(guān)地考慮工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、建造和使用過(guò)程中經(jīng)受大量隨機(jī)現(xiàn)象的影響和作用，并最優(yōu)地平衡安全與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系。結(jié)構(gòu)可靠度理論已成為設(shè)計(jì)規(guī)范的理論基礎(chǔ)，并一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。作為絕大部分工程的控制載荷，地震是造成建筑結(jié)構(gòu)破壞、人員傷亡的主要自然災(zāi)害之一，如2008年的汶川地震。因此應(yīng)用可靠度研究并提高結(jié)構(gòu)的抗震能力具有重要的意義。
　　 本文從結(jié)構(gòu)體系抗震失效模式特點(diǎn)出發(fā)，研究應(yīng)用廣義可靠指標(biāo)矢量表示復(fù)雜情況下的

2、失效模式相關(guān)性，進(jìn)而，應(yīng)用模態(tài)Pushover分析，研究結(jié)構(gòu)體系抗震失效模式特點(diǎn)，根據(jù)失效模式特點(diǎn)，發(fā)展最弱失效模式理論，提出最弱失效模式組理論?；谏鲜鲅芯砍晒?，提出了基于最弱失效模式組的性能優(yōu)化和控制設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下：
　　 首先，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，隨機(jī)變量間存在相關(guān)性；結(jié)構(gòu)體系的失效模式由多個(gè)構(gòu)件組成，失效模式間往往包含部分相同構(gòu)件，因此失效模式間具有相關(guān)性?；诳煽恐笜?biāo)矢量，發(fā)展并提出了在廣義隨機(jī)空間即仿射空間中的廣義

3、可靠指標(biāo)矢量，提出了廣義可靠指標(biāo)矢量的優(yōu)化計(jì)算模型。對(duì)復(fù)雜條件(載荷與抗力耦合等)研究并應(yīng)用廣義可靠指標(biāo)矢量研究其失效模式相關(guān)性表達(dá)。
　　 其二，在受到單一的隨機(jī)載荷作用時(shí)，結(jié)構(gòu)體系的可靠度可通過(guò)最弱失效模式來(lái)表示，通過(guò)對(duì)最弱失效模式的優(yōu)化達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)可靠度的目標(biāo)。針對(duì)結(jié)構(gòu)遭受復(fù)雜力學(xué)效應(yīng)的時(shí)候，最弱失效模式理論應(yīng)用存在一定的困難。本文以概率測(cè)度為基礎(chǔ)，提出了結(jié)構(gòu)最弱失效模式組理論，提出了結(jié)構(gòu)最弱失效模式組表示結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度，

4、優(yōu)化和控制結(jié)構(gòu)最弱失效模式組來(lái)達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)可靠度的目標(biāo)，并根據(jù)最弱失效模式組的意義，提出了可靠指標(biāo)矢量-PNET方法來(lái)求得最弱失效模式組，并通過(guò)算例驗(yàn)證優(yōu)化計(jì)算的可行性。
　　 其三，提出了基于最弱失效模式組的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)?；谛阅艿慕Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)充分考慮了業(yè)主、用戶(hù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員之間的關(guān)系，應(yīng)向全面考慮結(jié)構(gòu)失效模式的影響方面發(fā)展，此目標(biāo)函數(shù)中結(jié)構(gòu)失效損失期望的估計(jì)考慮了結(jié)構(gòu)的最弱失效模式對(duì)應(yīng)的失效損失，通過(guò)兩者乘積來(lái)代替一般文獻(xiàn)

5、中使用的系統(tǒng)可靠度和系統(tǒng)失效損失的乘積，這種做法一方面充分考慮了結(jié)構(gòu)工程中結(jié)構(gòu)性能失效的特點(diǎn)，體現(xiàn)了基于性能設(shè)計(jì)的原則，全面注重結(jié)構(gòu)的性能、安全及經(jīng)濟(jì)，另一方面回避了結(jié)構(gòu)體系可靠度計(jì)算與其失效損失的計(jì)算復(fù)雜性。
　　 其四，應(yīng)用模態(tài)Pushover分析表示結(jié)構(gòu)體系的主要失效模式組，將動(dòng)力分析轉(zhuǎn)換為靜力極值問(wèn)題。以O(shè)PENSEES為平臺(tái)，編制框架結(jié)構(gòu)的模態(tài)Pushover分析程序，基于結(jié)構(gòu)體系可靠度的最弱失效模式組理論和模態(tài)Pus

6、hover，建立模態(tài)Pushover分析的基本振型與失效模式關(guān)系，將結(jié)構(gòu)體系抗震可靠度分析簡(jiǎn)化為若干等效單自由度(基本振型)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件可靠度組合。參考我國(guó)抗震規(guī)范和隨機(jī)地震動(dòng)模型參數(shù)，給出結(jié)構(gòu)體系抗震可靠度性能的相關(guān)參數(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)體系抗震可靠度的快速評(píng)估。
　　 其五，研究了結(jié)構(gòu)基于控制的抗災(zāi)可靠度優(yōu)化。首先發(fā)展了概率Pushover分析的方法，提出了Pushover-限界分析，通過(guò)分析失效路徑的方法來(lái)找到結(jié)構(gòu)的主