基於ann-mc-ud方法的公路橋梁地震易損性分析方法
2023-05-20 03:01:06 1
專利名稱：基於ann-mc-ud方法的公路橋梁地震易損性分析方法
技術領域：
本發明涉及一種基於ANN-MC-UD方法的公路橋梁地震易損性分析方法。
背景技術：
近年來，橋梁地震易損性分析逐漸發展成為研究結構在地震下的損傷規律與地震風險評估中的強有力的工具。目前結構易損性分析方法主要包括兩種方法第一種是經驗方法，第二種是理論分析方法。第一種方法通常由專家根據大量震害調查，對破壞概率進行曲線擬合得到，從而得到地震易損性曲線。第二種方法當前主要採用基於確定性有限元分析的蒙特卡洛模擬法獲得大量的地震易損性數據，作為統計分析的樣本繪製易損性曲線。然而考慮到傳統的地震易損性評估中存在著大量的不確定性因素，而以 往的橋梁結構地震易損性曲線大多只考慮了地震輸入的隨機性，而沒有考慮橋梁結構自身參數的隨機性對地震易損性曲線的影響。同時，大多數地震易損性分析存在著分析效率低，計算量大等特點，不適合大型複雜結構的地震可靠度評估，因此本發明針對這些問題，一方面使用ANN與MC方法來提高橋梁結構易損性分析的效率，另外一方面通過ANN、MC以及UD等方法將結構的隨機性結合到易損性分析中去。
發明內容
為了克服傳統的地震易損性分析方法的計算量大的特點以及無法考慮結構隨機性等不足，本發明提供了一種全面、準確、高效的基於ANN-MC-UD方法的公路橋梁地震易損性分析方法，可以對公路橋梁的各種橋型進行分析，並在此基礎上得到結構的失效模式，從而方便了解橋梁在地震荷載作用下的潛在危險部位，進而可以指導既有橋梁的運營管理以及進行地震風險評估。本發明提出的基於ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，具體步驟如下
(1)基於IDA方法與非線性時程分析方法的橋梁結構需求概率統計分析；
(I. D建立橋梁結構的有限元分析模型；
(I. 2)根據場地條件選取多條不同震級的地震波；
(I. 3)標準化每一條地震波，並作為地震波輸入對橋梁結構進行IDA分析，獲取每步分析所對應的橋梁結構地震響應；
(I. 4)對所得到的橋梁結構地震響應進行概率統計特徵分析，確定在不同地震波輸入強度下的橋梁結構地震響應的統計特徵；
(2)基於ANN-UD方法結合彎矩-曲率分析方法或者Pushover分析方法的結構隨機能力概率統計分析；
(2. I)首先確定影響橋梁結構抗震能力的因素；
(2.2)確定各影響因素的概率分布特徵；
(2.3)採用正交設計方法對不同的影響因素進行分析組合，形成a個有限元分析模型，隨機產生b個隨機有限元模型；(2. 4)採用Pushover分析方法或者彎矩_曲率分析方法對每個有限元模型進行分析，獲取橋梁結構的抗力性能點；
(2. 5)建立RBF神經網絡模型，並用其中的a組分析數據進行神經網絡訓練；
(2. 6)用另外b組分析數據對RBF神經網絡進行檢驗；
(2.7)若第(2.6)步檢驗通過，則進入到下一步分析，否則，返回到第(2.5)步；
(2.8)應用蒙特卡羅方法產生M組隨機數據作為橋梁結構的模型參數，並輸入到訓練成熟的RBF神經網絡中進行仿真，得到M組橋梁結構的抗力性能點；
(3)基於對數正態分布的理論易損性曲線的生成分析。 (3. I)由前面得到橋梁結構抗震能力的因素和隨機地震響應的概率統計特徵，應用蒙特卡羅對隨機抗震能力和隨機地震響應的概率特徵進行抽樣；
(3. 2)確定橋梁結構各個構件的破壞準則；
(3. 3)根據得到的橋梁結構全概率條件下的損傷指標，建立對應PGA下的損傷概率，繪製各有限單元的易損性曲線。本發明中，步驟(2. I)涉及到的因數為墩柱半徑、核心混凝土抗壓強度、保護層混凝土抗壓強度、縱向鋼筋強度和縱向鋼筋彈性模量。本發明中，步驟(3. 2)中破壞準則中使用的破壞指標採用Park-Ang破壞指標的改進形式,如式(I)。
權利要求
1.一種基於ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，其特徵在於具體步驟如下 (1)基於IDA方法與非線性時程分析方法的橋梁結構需求概率統計分析； (I. D建立橋梁結構的有限元分析模型； (I. 2)根據場地條件選取多條不同震級的地震波； (I. 3)標準化每一條地震波，並作為地震波輸入對橋梁結構進行IDA分析，獲取每步分析所對應的橋梁結構地震響應； (I. 4)對所得到的橋梁結構地震響應進行概率統計特徵分析，確定在不同地震波輸入強度下的橋梁結構地震響應的統計特徵； (2)基於ANN-UD方法結合彎矩-曲率分析方法或者Pushover分析方法的結構隨機能カ概率統計分析； (2. I)首先確定影響橋梁結構抗震能力的因素； (2.2)確定各影響因素的概率分布特徵； (2.3)採用正交設計方法對不同的影響因素進行分析組合，形成a個有限元分析模型，隨機產生b個隨機有限元模型； (2. 4)採用Pushover分析方法或者彎矩_曲率分析方法對每個有限元模型進行分析，獲取橋梁結構的抗カ性能點； (2. 5)建立RBF神經網絡模型，並用其中的a組分析數據進行神經網絡訓練； (2. 6)用另外b組分析數據對RBF神經網絡進行檢驗； (2.7)若第(2.6)步檢驗通過，則進入到下一歩分析，否則，返回到第(2.5)歩； (2.8)應用蒙特卡羅方法產生M組隨機數據作為橋梁結構的模型參數，並輸入到訓練成熟的RBF神經網絡中進行仿真，得到M組橋梁結構的抗カ性能點； (3)基於對數正態分布的理論易損性曲線的生成分析； (3. I)由前面得到橋梁結構抗震能力的因素和隨機地震響應的概率統計特徵，應用蒙特卡羅對隨機抗震能力和隨機地震響應的概率特徵進行抽樣； (3. 2)確定橋梁結構各個構件的破壞準則； (3. 3)根據得到的橋梁結構全概率條件下的損傷指標，建立對應PGA下的損傷概率，繪製各有限単元的易損性曲線。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於步驟(2.I)涉及到的因數為墩柱半徑、核心混凝土抗壓強度、保護層混凝土抗壓強度、縱向鋼筋強度和縱向鋼筋彈性模量。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於步驟(3.2)中破壞準則中使用的破壞指標採用Park-Ang破壞指標的改進形式,如式(I)
全文摘要
本發明涉及一種基於ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，是一種結合了人工神經網絡(ANN)、蒙特卡洛方法(MC)以及均勻試驗設計方法(UD)的地震易損性分析方法，針對目前地震易損性分析方法無法考慮結構自身的隨機性的局限性，利用ANN、MC以及UD的組合方法，分別對橋梁結構的能力與需求進行概率統計分析，在此基礎上形成能夠綜合考慮結構隨機性與地震隨機性的地震易損性曲線。該方法能夠為既有橋梁的運營以及地震風險評估等提供理論依據。
文檔編號G06F17/00GK102855219SQ201210336999
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者龐于濤, 袁萬城, 沈國煜, 賀金海, 王江波 申請人:同濟大學