密肋复合墙结构基于贝叶斯理论的恢复力模型参数识别及动力可靠度分析

Uncertainty of the model and model parameters should be considered for the model parameter identification problems. According to Bayesian theorem, not only the most probable values, but also uncertainty of the model parameters can be obtained from the model parameter identification. In this project, firstly application of Bayesian theory to the identification of nonlinear model parameters with observed data will be made. Restoring force model for multi-grid composite walls will be proposed. Computation frame for identification of restoring force model parameters based on Bayesian theorem will be derived. According to the hysteretic curve data obtained from the cyclic loading tests of multi-grid composite walls, the most probable values and covariance matrix of the model parameters will be obtained. Secondly dynamic reliability calculation method will be proposed considering model uncertainty. Effect of model prediction errors on the reliability results will be determined. With the identification results of the restoring force model parameters and theory of similarity, limit of elastic-plastic drift ratios of multi-grid composite wall structures will be determined according to the reliability results. In addition, ambient vibration test will be done in an existing six-story multi-grid composite wall structure. Natural Frequencies, mode shapes, damping ratios and so on of the structure will be identified. Dynamic behavior of the existing multi-grid composite wall structure will be analyzed. The reliability of the structure will be estimated according to the identification results.

模型参数识别问题需要考虑模型本身及模型参数的不确定性。根据贝叶斯理论进行模型参数识别，不仅可以得到模型参数的最有可能值，还能得到定量描述的模型参数不确定性。本项目首先拟探讨贝叶斯理论在采用实测数据时在非线性模型参数识别中的应用，其中拟建立密肋复合墙的恢复力模型，推导贝叶斯理论用于恢复力模型参数识别的计算框架，依据密肋复合墙低周反复加载试验的滞回曲线数据，识别得到模型参数的最有可能值和协方差矩阵；其次本项目拟提出考虑模型不确定性的动力可靠度计算新方法，使模型误差对可靠度计算结果的影响定量化，并且结合恢复力模型参数的识别结果及相似理论，根据可靠度计算结果确定密肋复合墙结构的弹塑性层间位移角限值；另外本项目拟对一幢已建六层密肋复合墙结构进行环境振动测试，应用贝叶斯理论识别其自振频率、振型、阻尼等参数，根据识别结果分析实际密肋复合墙结构的动力特性，并对其可靠度进行评估。

密肋复合墙结构是一种具有良好抗震性能的新型结构体系，前期进行了多块密肋复合墙试件的低周反复加载试验，包括不同高宽比、不同肋梁肋柱数量、预制及现浇砌筑、钢筋及轻钢龙骨框格等形式的密肋复合墙试件，得到了多块密肋复合墙试件的滞回曲线数据，试验结果表明对于剪切破坏的密肋复合墙，刚度退化现象、滑移捏拢现象及极限荷载后强度降低现象明显，因此本项目建立了一种同时考虑上述现象的适用于剪切破坏的密肋复合墙的恢复力模型。由于进行结构计算分析时，所选定的结构模型并不是真实的结构，所以结构模型误差总是存在的，并且对于结构模型参数来说，是没有真实值的。结构模型的不确定性导致模型参数识别问题也成为不确定性问题，对不确定的模型误差定量化就显得十分重要，因此本项目将贝叶斯理论应用于已知实测数据时非线性模型参数的识别。利用实测滞回曲线数据和贝叶斯理论对所提恢复力模型参数进行了识别，得到了模型参数的最有可能值以及描述其不确定性的协方差矩阵，并将识别得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果进行了对比。.由于系统识别是反演问题，所以很可能存在多个模型都可以对结构特性进行很好的模拟。考虑到模型选择过程中的不确定性，基于贝叶斯理论的模型选择方法可以同时考虑多个模型对结构反应预测的影响，定量计算得到选择各模型的概率大小。本项目建立了基于反应数据的模型选择的贝叶斯概率方法计算框架，用于选择一系列结构模型中的最有可能模型。该方法通过基于贝叶斯理论的模型参数识别方法得到模型参数的最有可能值及Hessian 矩阵，对于全局可识别情况再结合渐近估计解法得到各模型的证据，进而通过贝叶斯定理得到选择各模型的概率，可以自动对过于复杂的模型进行限制。将基于贝叶斯理论的模型选择方法用于采用实测滞回曲线数据的密肋复合墙试件的恢复力模型选择中，基于反应数据对选择两种恢复力模型的概率进行了计算。.西安建筑科技大学一号学生公寓是密肋复合墙结构的一个工程应用，确定该实际密肋复合墙结构的动力特性是研究该新型结构抗震性能的基础。本项目对该学生公寓进行了环境振动测试，利用所测加速度反应数据和高效的贝叶斯快速傅里叶变换模态参数识别方法对该结构的自振频率、阻尼比、振型等参数进行了识别，得到了各模态参数的最有可能值及定量的不确定性，与其他两种确定性的模态参数识别方法和有限元模型得到的结果进行了对比，并分析了防震缝对结构动力特性的影响。