基于贝叶斯网模型的钢筋混凝土框剪结构抗震性能评估

How to scientifically evaluate the seismic performance of high-raised reinforced concrete structures is an engineering issue with practical significance. In practical engineering, existence of lots of uncertainty information makes such assessment becomes more difficult to handle. In this study, based on probabilistic seismic performance assessment framework, "Bayesian network" model is employed to assess the high-rise reinforced concrete frame - shear wall structure seismic performance. The proposal includes the following main contents, to construct intensity measure (IM) suitable for seismic performance assessment of reinforced concrete frame - shear wall structure, to acquire the damage measure (DM) used to evaluate the structural seismic performance based on improved pushover analysis, to establish the probabilistic relationship between IM and DM through statistical analysis, then to construct a Bayesian network model to assess the seismic performance of reinforced concrete frame - shear wall structure. The framed scientific problem is to evaluate the seismic performance of high-raised reinforced concrete structures under incomplete observed information circumstance using Bayesian network model which is constructed by constructing a reasonable IM and establishing the probabilistic relationship with DM. The research project will further improve the existing theory for seismic performance evaluation so as to assess the seismic performance more effective and accurate.

如何科学地评估高层钢筋混凝土结构的抗震性能是工程领域具有现实意义的问题。在实际工程中，大量不确定性信息的存在使得这类评估问题变得难以处理。本研究以抗震性能评估的概率框架为基础，利用"贝叶斯网"模型评估高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的抗震性能。本项目主要研究内容包括，构造适用于钢筋混凝土框-剪结构性能评估的地震强度指标IM，基于改进静力推覆分析获取用于评价结构性能的损伤指标DM，并通过大量统计分析建立二者之间的概率关系，在此基础上构造贝叶斯网模型用于评估钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能。构造的科学问题是通过合理地构造地震强度指标，并建立它与结构损伤指标之间的概率关系，以此构造贝叶斯模型，实现在不完备观察信息条件下，评估高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的抗震性能。该项目的研究能进一步完善已有的抗震性能评估理论体系，从而更有效地而准确评估结构抗震性能。

钢筋混凝土框架剪力墙结构是当前城市高层建筑中采用得较多的结构形式，科学合理的评估其抗震性能具有重要意义。本项目在国家自然科学基金的资助下开展了相关研究：1.钢筋混凝土剪力墙有限元理论的研究。引进改进的固定支撑角模型作为钢筋混凝土材料的本构模型，基于纤维模型的概念建立了钢筋混凝土板纤维、单元截面以及剪力墙单元三个层次之间的本构联系；在已有的单元状态确定算法基础上，改进了给定变形条件下截面变形修正计算的迭代算法，由此建立了基于柔度法的剪力墙单元模型，并在OPENSEES平台上加以实现。所提出单元模型综合考虑了弯-剪-轴响应的耦合。工程实例验证了该模型的准确性。2. 结构延性需求的贝叶斯后验概率分析研究。通过对不同屈服水平系数及周期的单自由度体系的地震延性需求统计回归分析，建立了位移延性需求的概率模型；并采用MCMC算法计算给定地震强度观测值下延性需求的后验分布。3.钢筋混凝土框架剪力墙结构的静力推覆分析方法的研究。静力推覆分析是结构抗震性能评估中常用的方法，对于高层钢筋混凝土框架剪力墙结构的地震反应，应充分考虑高阶模态的影响。基于结构变形所吸收的能量，推导了任意加载力模式下多自由度体系等效为单自由度体系的相关公式，解决了高阶模态影响下能力曲线的位移折返及基底剪力过小的问题；此外，地震对静力推覆分析中加载模式的影响及相关的概率贝叶斯模型仍在进一步的研究中。