本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，是一種結(jié)合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、蒙特卡洛方法(MC)以及均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(UD)的地震易損性分析方法，針對(duì)目前地震易損性分析方法無(wú)法考慮結(jié)構(gòu)自身的隨機(jī)性的局限性，利用ANN、MC以及UD的組合方法，分別對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的能力與需求進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，在此基礎(chǔ)上形成能夠綜合考慮結(jié)構(gòu)隨機(jī)性與地震隨機(jī)性的地震易損性曲線。該方法能夠?yàn)榧扔袠蛄旱倪\(yùn)營(yíng)以及地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等提供理論依據(jù)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于ANN-MC-UD方法的公路橋梁地震易損性分析方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，橋梁地震易損性分析逐漸發(fā)展成為研究結(jié)構(gòu)在地震下的損傷規(guī)律與地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的強(qiáng)有力的工具。目前結(jié)構(gòu)易損性分析方法主要包括兩種方法第一種是經(jīng)驗(yàn)方法，第二種是理論分析方法。第一種方法通常由專家根據(jù)大量震害調(diào)查，對(duì)破壞概率進(jìn)行曲線擬合得到，從而得到地震易損性曲線。第二種方法當(dāng)前主要采用基于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(shù)據(jù)，作為統(tǒng)計(jì)分析的樣本繪制易損性曲線。然而考慮到傳統(tǒng)的地震易損性評(píng)估中存在著大量的不確定性因素，而以 往的橋梁結(jié)構(gòu)地震易損性曲線大多只考慮了地震輸入的隨機(jī)性，而沒(méi)有考慮橋梁結(jié)構(gòu)自身參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)地震易損性曲線的影響。同時(shí)，大多數(shù)地震易損性分析存在著分析效率低，計(jì)算量大等特點(diǎn)，不適合大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震可靠度評(píng)估，因此本專利技術(shù)針對(duì)這些問(wèn)題，一方面使用ANN與MC方法來(lái)提高橋梁結(jié)構(gòu)易損性分析的效率，另外一方面通過(guò)ANN、MC以及UD等方法將結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性結(jié)合到易損性分析中去。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服傳統(tǒng)的地震易損性分析方法的計(jì)算量大的特點(diǎn)以及無(wú)法考慮結(jié)構(gòu)隨機(jī)性等不足，本專利技術(shù)提供了一種全面、準(zhǔn)確、高效的基于ANN-MC-UD方法的公路橋梁地震易損性分析方法，可以對(duì)公路橋梁的各種橋型進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上得到結(jié)構(gòu)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(xiǎn)部位，進(jìn)而可以指導(dǎo)既有橋梁的運(yùn)營(yíng)管理以及進(jìn)行地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。本專利技術(shù)提出的基于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)基于IDA方法與非線性時(shí)程分析方法的橋梁結(jié)構(gòu)需求概率統(tǒng)計(jì)分析； (I. D建立橋梁結(jié)構(gòu)的有限元分析模型； (I. 2)根據(jù)場(chǎng)地條件選取多條不同震級(jí)的地震波； (I. 3)標(biāo)準(zhǔn)化每一條地震波，并作為地震波輸入對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行IDA分析，獲取每步分析所對(duì)應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)； (I. 4)對(duì)所得到的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)特征分析，確定在不同地震波輸入強(qiáng)度下的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征； (2)基于ANN-UD方法結(jié)合彎矩-曲率分析方法或者Pushover分析方法的結(jié)構(gòu)隨機(jī)能力概率統(tǒng)計(jì)分析； (2. I)首先確定影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力的因素； (2.2)確定各影響因素的概率分布特征； (2.3)采用正交設(shè)計(jì)方法對(duì)不同的影響因素進(jìn)行分析組合，形成a個(gè)有限元分析模型，隨機(jī)產(chǎn)生b個(gè)隨機(jī)有限元模型；(2. 4)采用Pushover分析方法或者彎矩_曲率分析方法對(duì)每個(gè)有限元模型進(jìn)行分析，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的抗力性能點(diǎn)； (2. 5)建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用其中的a組分析數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練； (2. 6)用另外b組分析數(shù)據(jù)對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)； (2.7)若第(2.6)步檢驗(yàn)通過(guò)，則進(jìn)入到下一步分析，否則，返回到第(2.5)步； (2.8)應(yīng)用蒙特卡羅方法產(chǎn)生M組隨機(jī)數(shù)據(jù)作為橋梁結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，并輸入到訓(xùn)練成熟的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行仿真，得到M組橋梁結(jié)構(gòu)的抗力性能點(diǎn)； (3)基于對(duì)數(shù)正態(tài)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(jié)構(gòu)抗震能力的因素和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)特征，應(yīng)用蒙特卡羅對(duì)隨機(jī)抗震能力和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率特征進(jìn)行抽樣； (3. 2)確定橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的破壞準(zhǔn)則； (3. 3)根據(jù)得到的橋梁結(jié)構(gòu)全概率條件下的損傷指標(biāo)，建立對(duì)應(yīng)PGA下的損傷概率，繪制各有限單元的易損性曲線。本專利技術(shù)中，步驟(2. I)涉及到的因數(shù)為墩柱半徑、核心混凝土抗壓強(qiáng)度、保護(hù)層混凝土抗壓強(qiáng)度、縱向鋼筋強(qiáng)度和縱向鋼筋彈性模量。本專利技術(shù)中，步驟(3. 2)中破壞準(zhǔn)則中使用的破壞指標(biāo)采用Park-Ang破壞指標(biāo)的改進(jìn)形式,如式(I)。權(quán)利要求1.一種基于ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，其特征在于具體步驟如下 (1)基于IDA方法與非線性時(shí)程分析方法的橋梁結(jié)構(gòu)需求概率統(tǒng)計(jì)分析； (I. D建立橋梁結(jié)構(gòu)的有限元分析模型； (I. 2)根據(jù)場(chǎng)地條件選取多條不同震級(jí)的地震波； (I. 3)標(biāo)準(zhǔn)化每一條地震波，并作為地震波輸入對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行IDA分析，獲取每步分析所對(duì)應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)； (I. 4)對(duì)所得到的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)特征分析，確定在不同地震波輸入強(qiáng)度下的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征； (2)基于ANN-UD方法結(jié)合彎矩-曲率分析方法或者Pushover分析方法的結(jié)構(gòu)隨機(jī)能カ概率統(tǒng)計(jì)分析； (2. I)首先確定影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力的因素； (2.2)確定各影響因素的概率分布特征； (2.3)采用正交設(shè)計(jì)方法對(duì)不同的影響因素進(jìn)行分析組合，形成a個(gè)有限元分析模型，隨機(jī)產(chǎn)生b個(gè)隨機(jī)有限元模型； (2. 4)采用Pushover分析方法或者彎矩_曲率分析方法對(duì)每個(gè)有限元模型進(jìn)行分析，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的抗カ性能點(diǎn)； (2. 5)建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用其中的a組分析數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練； (2. 6)用另外b組分析數(shù)據(jù)對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)； (2.7)若第(2.6)步檢驗(yàn)通過(guò)，則進(jìn)入到下一歩分析，否則，返回到第(2.5)歩； (2.8)應(yīng)用蒙特卡羅方法產(chǎn)生M組隨機(jī)數(shù)據(jù)作為橋梁結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，并輸入到訓(xùn)練成熟的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行仿真，得到M組橋梁結(jié)構(gòu)的抗カ性能點(diǎn)； (3)基于對(duì)數(shù)正態(tài)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(jié)構(gòu)抗震能力的因素和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)特征，應(yīng)用蒙特卡羅對(duì)隨機(jī)抗震能力和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率特征進(jìn)行抽樣； (3. 2)確定橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的破壞準(zhǔn)則； (3. 3)根據(jù)得到的橋梁結(jié)構(gòu)全概率條件下的損傷指標(biāo)，建立對(duì)應(yīng)PGA下的損傷概率，繪制各有限単元的易損性曲線。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(2.I)涉及到的因數(shù)為墩柱半徑、核心混凝土抗壓強(qiáng)度、保護(hù)層混凝土抗壓強(qiáng)度、縱向鋼筋強(qiáng)度和縱向鋼筋彈性模量。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(3.2)中破壞準(zhǔn)則中使用的破壞指標(biāo)采用Park-Ang破壞指標(biāo)的改進(jìn)形式,如式(I)全文摘要本專利技術(shù)涉及一種基于ANN-MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，是一種結(jié)合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、蒙特卡洛方法(MC)以及均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(UD)的地震易損性分析方法，針對(duì)目前地震易損性分析方法無(wú)法考慮結(jié)構(gòu)自身的隨機(jī)性的局限性，利用ANN、MC以及UD的組合方法，分別對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的能力與需求進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，在此基礎(chǔ)上形成能夠綜合考慮結(jié)構(gòu)隨機(jī)性與地震隨機(jī)性的地震易損性曲線。該方法能夠?yàn)榧扔袠蛄旱倪\(yùn)營(yíng)以及地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等提供理論依據(jù)。文檔編號(hào)G06F17/00GK102855219SQ201210336999公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日專利技術(shù)者龐于濤, 袁萬(wàn)城, 沈國(guó)煜, 賀金海, 王江波 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于ANN？MC方法的公路橋梁地震易損性分析方法，其特征在于具體步驟如下：(1)基于IDA方法與非線性時(shí)程分析方法的橋梁結(jié)構(gòu)需求概率統(tǒng)計(jì)分析；(1.1)？建立橋梁結(jié)構(gòu)的有限元分析模型；？(1.2)？根據(jù)場(chǎng)地條件選取多條不同震級(jí)的地震波；(1.3)？標(biāo)準(zhǔn)化每一條地震波，并作為地震波輸入對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行IDA分析，獲取每步分析所對(duì)應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)；？(1.4)？對(duì)所得到的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)特征分析，確定在不同地震波輸入強(qiáng)度下的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征；(2)基于ANN？UD方法結(jié)合彎矩？曲率分析方法或者Pushover分析方法的結(jié)構(gòu)隨機(jī)能力概率統(tǒng)計(jì)分析；(2.1)？首先確定影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力的因素；？(2.2)？確定各影響因素的概率分布特征；(2.3)？采用正交設(shè)計(jì)方法對(duì)不同的影響因素進(jìn)行分析組合，形成a個(gè)有限元分析模型，隨機(jī)產(chǎn)生b個(gè)隨機(jī)有限元模型；(2.4)？采用Pushover分析方法或者彎矩？曲率分析方法對(duì)每個(gè)有限元模型進(jìn)行分析，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的抗力性能點(diǎn)；(2.5)？建立RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用其中的a組分析數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練；(2.6)？用另外b組分析數(shù)據(jù)對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)；(2.7)？若第(2.6)步檢驗(yàn)通過(guò)，則進(jìn)入到下一步分析，否則，返回到第(2.5)步；(2.8)？應(yīng)用蒙特卡羅方法產(chǎn)生M組隨機(jī)數(shù)據(jù)作為橋梁結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)，并輸入到訓(xùn)練成熟的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行仿真，得到M組橋梁結(jié)構(gòu)的抗力性能點(diǎn)；(3)基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布的理論易損性曲線的生成分析；(3.1)？由前面得到橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力的因素和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率統(tǒng)計(jì)特征，應(yīng)用蒙特卡羅對(duì)隨機(jī)抗震能力和隨機(jī)地震響應(yīng)的概率特征進(jìn)行抽樣；(3.2)？確定橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的破壞準(zhǔn)則；(3.3)根據(jù)得到的橋梁結(jié)構(gòu)全概率條件下的損傷指標(biāo)，建立對(duì)應(yīng)PGA下的損傷概率，繪制各有限單元的易損性曲線。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龐于濤，袁萬(wàn)城，沈國(guó)煜，賀金海，王江波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
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