基于功能的结构体系目标可靠度优化决策.pdf

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1、第19卷第2期计算力学学报Vol.19~No.22OO2年5月ChineseJOurnalOfCOmputatiOnalMechanicsMay2OO2文章编号:1OO-4O8(2OO2DO2-O12-O5基于功能的结构体系目标可靠度优化决策李刚~程耿东(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室~大连116O23D摘要:根据~投资-效益准则~提出了基于功能的结构体系目标可靠度优化决策的三种模型:概念模型~参数规划法模型和约束放松法模型;并根据最优性条件Kuhn-Tucher条件证明了当基于功能的结构体系可靠度约束均为作用约束时~参数规划法模型和约束放松

2、法模型的等价性;最后对钢筋混凝土框架结构基于不同抗震功能的目标可靠指标进行了优化计算O关键词:结构体系可靠度;基于功能的设计;优化决策;目标可靠度中图分类号:TU311.2;TU318+.1文献标识码:A决定:建筑物功能的重要性~建筑物破坏所导致的1引言直接经济损失~间接经济损失及人员伤亡~建筑物地震是自然灾害中危害最大的灾种之一O1994作为历史或文化名胜的潜在重要性等O结构的某种年美国加州北岭地震和1995年日本阪神地震充分破坏程度是否能被接受~不仅与破坏引起的后果有显示了现代地震灾害的特点~同时也暴露了目前各关~还与这种破坏发生的频度有关O另外~还

3、应考虑国抗震规范中以保障生命安全为单一设防目标的业主~使用者的特殊要求O设计思想的局限性~引起工程界对现有抗震设计思基于功能的结构抗震设计实际上是基于可靠想和方法进行深刻的反思O在此背景下~基于功能度的结构优化设计过程~而结构的某种目标功能水的结构抗震设计思想~引起了广泛的重视~美国~日平往往通过结构体系基于该功能要求的目标可靠本等国都投入许多力量进行研究~以希望在不远的度来表示O结构的目标可靠度综合反映了结构抗震将来把现行的结构抗震设计规范全面过渡到基于设计中对经济性和安全性两方面的要求O国际标准功能的结构抗震设计规范[1~2]结构可靠性总原则(ISO

4、2394D1996年修订版提出~O基于功能的结构抗震设计的基本思想~是使设~从经济观点看~可靠性的目标水准应取决于失效计出的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求后果和安全措施费用之间的平衡[4]~即结构的目的功能水平O设计中将充分考虑结构~个性~根据标可靠指标应基于~投资-效益准则~通过优化的结构的用途~业主及使用者的特殊要求~每个结构方法得到O可以有着各自不同的功能水平~这与现行抗震规范z.1模型1概念模型体系中同类结构采用同样的功能水平是本质不同~投资-效益准则下基于功能的结构体系目标的~是未来抗震设计的发展方向[3]可靠度优化决策模型~可表示为以下

5、优化模型:O基于功能的结构抗震设计中~结构的目标功能水平是指在一定超Find[Psz]z=1~~~np越概率的地震发生时~结构期望的最大破坏程度~np确定合适的结构目标功能水平是结构设计的前提minW([Psz]D=CO([Psz]D+Z(1-[Psz]DCfz(1Dz=1与基础O其中~[P为设计变量~是基于功能z的结构体系sz]z基于功能的结构体系目标功能目标可靠度;目标函数包括两部分~第一项水平优化决策模型CO([Psz]D为结构的初始造价~第二项是所考虑的np个不同结构功能失效时结构失效损失期望值的结构的目标功能水平应综合考虑下列因素来和~(1-[

6、P为基于功能z的结构体系目标失效sz]D收稿日期:2OOO-1O-23;修改稿收到日期:2OO1-O9-O8.概率~C为该功能失效时的损失值Ofz基金项目:国家自然科学基金资助项目(批准号:5989541O~从结构最优目标可靠度的概念看~模型1是符5OOO8OO3D作者简介:李刚(1966-D~男~博士~副教授.合~投资-效益准则的优化模型~但是~该模型的128计算力学学报第19卷目标函数中9结构造价须表示为结构目标可靠度的标可靠度取若干不同的值9分别对模型2进行优化函数9即由结构目标可靠度唯一决定结构的初始造设计9以得到相应的优化设计方案;利用这些优化

7、价9而这样做是非常困难的G因为9结构的初始造价设计方案拟合出目标函数对目标可靠度的变化曲实际上是与具体的设计方案有直接关系的9给定同线9该曲线上目标函数最小值所对应的目标可靠度一目标可靠度9可以设计出多个满足要求的不同方就是所求的最优目标可靠度G因此9我们称这种方案9因而其造价也是不同的G也就是说9由结构的目法为参数规划法G标可靠度不能唯一确定设计方案9从而也就无法确23模型3约束放松法定结构初始造价GFindX因此9基于功能的结构体系目标可靠度的优化np决策模型中9设计变量必须包括结构的设计方案GminW(X)=CO(X)(1-Psz(X))Cfzz=

8、1我们提出了以下两种优化模型:参数规划法及约束S.t.gj(X)O(j=199m