基于贝叶斯网络的路网地震可靠性评估

由于贝叶斯网络具有直观、智能、易于建立的优点,本文将贝叶斯网络应用于公路网络系统的地震可靠性分析。通过对路网中公路,桥梁在地震作用下的损害机理的研究,建立了单元的易损性曲线,并据此分析了单元的地震可靠性。建立了公路网络图,以路网中的公路、桥梁为基本变量,将公路网络图转化为贝叶斯网络图,建立了贝叶斯网络的结构模型及相应的条件概率表,利用全概率公式及条件概率公式,研究了地震作用下利用贝叶斯网络进行整体公路网络的连通可靠度的计算方法。将贝叶斯网络的计算结果与传统蒙特卡洛方法进行对比,表明误差较小,计算速度较快,证明了本方法的有效性和高效性。因此当已知部分信息时,就可以利用贝叶斯网络进行实时推理,从而实现整体路网的可靠性更新,并进行了最优运输路径的选择。

考虑结构极限状态随机性的多维易损性分析

本文同时考虑结构在地震激励下响应的随机性和极限状态的随机性,将概率-凸集混合模型应用于结构的多维易损性分析。以最大层间位移、最大层加速度作为反映结构性能和非结构性能的两种工程需求参数,并视为符合对数正态分布的随机变量,两种需求参数的阈值被视为非概率凸集变量,分别建立阈值的椭球模型和区间模型,建立同时包含凸集变量和概率变量的二维联合性能极限状态方程;根据凸集模型和概率模型之间的相容性,提出一种混合模型下基于克里金模型的蒙特卡洛法用于求解超越概率的上、下界,得到反映超越概率区间的易损性曲线。研究表明:区间模型建立的易损性曲线较为保守;在罕遇地震作用下,不考虑阈值随机性会会低估结构的抗震能力。

多维性能极限状态下基于模糊失效准则的结构概率地震风险分析

考虑了结构多维性能极限状态的模糊不确定性,建立基于模糊失效准则的概率地震风险分析方法。综合考虑结构和非结构构件的抗震性能,建立多维性能极限状态方程。选择三种隶属函数描述极限状态的模糊性,包括降半梯形分布、降岭型分布和二次抛物型分布,基于地震烈度概率模型,建立基于模糊失效准则的概率地震风险分析表达式。基于SAP2000建立RC框剪结构模型进行分析。研究表明:基于二次抛物型分布的年平均超越概率会随着隶属区间的扩大而减小,而基于降半梯形分布和降岭型分布的年平均超越概率会随着隶属区间的扩大而增大;若隶属区间相同,三种隶属函数的年平均超越概率,从大到小依次为降半梯形分布、降岭型分布、二次抛物型分布;忽略不同工程需求参数性能极限状态的相关性会使年平均超越概率偏低。

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构地震易损性分析

在易损性分析中,存在对结构阈值的不确定性研究较少,对阈值的选择通常为规范中的数值,得到的破坏概率仅为固定数值等问题,文中同时考虑结构响应和阈值不确定性,建立一种基于概率-非概率混合模型的结构地震易损性分析方法。基于Opensees建立桥梁有限元模型,选择最大支座纵向位移、最大桥墩柱弯曲延性作为衡量结构性能的工程需求参数,并被视为符合二元对数正态分布的概率随机变量;以混凝土应变作为反映结构极限状态的指标,利用增量动力分析法,获得工程需求参数阈值的样本数据,利用灰度理论得到阈值的取值区间,并将阈值视为非概率凸集变量;建立基于概率-非概率混合模型的二维性能极限状态方程,利用混合模型的可靠性分析法求解破坏概率,建立易损性曲线。为对比计算结果,将阈值分别拟定为服从对数正态分布的随机变量和固定数值,并通过蒙特卡洛法求解破坏概率,研究表明:通过概率-非概率混合模型可有效得到破坏概率的区间估计,从而弥补了传统研究中只能得到固定数值破坏概率的问题;不考虑阈值的随机性会对分析结果产生较大影响。

基于凸集模型的结构地震多维易损性分析

将凸集模型应用于结构的地震多维易损性分析。建立钢筋混凝土框架结构模型,选择最大层间位移角和最大层加速度两种参数建立多维性能极限状态方程。通过平均信息熵理论,获得两种参数的区间估计。考虑椭球模型和区间模型两种形式的凸集模型,在标准空间内通过拉丁超立方抽样生成样本点,通过矩阵变换将其映射到凸集空间内,建立结构地震响应的凸集模型。将凸集变量样本点代入极限状态方程,进行了易损性分析。采用概率模型进行对比计算,研究表明,与概率模型相比,当PGA较小时,凸集模型的破坏概率较大,而PGA较大时,凸集模型的破坏概率较小;椭球模型和凸集模型的分析结果差距较小,在各个PGA下破坏概率差值仅为0.05~0.1,因此可以不考虑凸集类型不同对易损性分析结果的差异。

基于显示连通贝叶斯网络的机场塔台地震易损性分析

将基于性能的多维易损性分析方法,结合显示连通贝叶斯网络,应用于机场塔台的多维易损性分析。考虑地震激励的不确定性,通过非线性时程分析获得结构响应数据;将塔台结构分为三个层次,每个层次按包含的层数分为相应的子层次。根据功能特性确定子层次的评价指标和极限状态,建立服从多元对数正态分布的概率地震需求模型;考虑各种极限状态之间的相关性,建立极限状态方程,确定失效域,通过蒙特卡洛法求得构件的超越概率;建立塔台结构的显示连通贝叶斯网络模型,利用层次分析法获得中间节点的条件概率表,利用MATLAB进行贝叶斯网络的推理计算,实现从单一层次的易损性到整体易损性的推理。

基于高斯混合模型和极限状态阈值随机性的概率地震需求分析

传统概率地震需求分析普遍采用对数正态分布假定,且大多基于固定阈值衡量结构性能极限状态,这些简化方法很多时候与实际存在较大偏差。提出基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的概率地震需求分析法。利用多维性能极限状态方程衡量结构破坏程度。基于增量动力分析法(increment dynamic analysis,IDA)计算结构工程需求参数(engineering demand parameter,EDP),基于IDA曲线斜率划分结构阈值。不采用对数正态分布假定,利用GMM分别建立EDP和阈值的概率密度函数,将传统概率地震需求分析的三重积分拓展到五重积分,充分考虑阈值的随机性。利用蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法求解,得到结构需求年平均超越概率。分别建立某钢筋混凝土框剪和框架结构作为研究对象,以最大层间位移角(maximum inter-story drift ratio,MIDR)、最大层加速度(peak floor acceleration,PFA)作为EDP。研究表明:阈值具有较强的随机性,并且会随着破坏程度的提高而提高,忽略阈值随机性会导致结果出现较大偏差;与传统对数正态分布假定相比,基于GMM所得结构需求年平均超越概率偏小,对数正态分布假定会得到不准确的评估结果。

基于模糊可靠性的结构多维易损性分析

本文将模糊可靠性理论引入结构的多维易损性分析中。以一RC框架结构为例,将结构的性能极限状态划分为4个等级,建立了三类用于求解超越概率的多维性能极限状态方程,包括联合性能极限状态方程,串联系统方程和并联系统方程。将隶属函数取作降半梯形分布,将极限状态方程转化基于模糊可靠性的等效极限状态方程,利用蒙特卡洛模拟法得到结构的破坏概率。将基于模糊可靠性的易损性分析结果与不考虑模糊可靠性的结果进行对比,研究表明:不考虑结构失效准则的模糊性会导致结构超越概率的分析结果偏大,低估结构的抗震能力;当采用联合性能极限状态方程时,对破坏等级较低的性能极限状可以不考虑模糊区间的范围对易损性的影响,对破坏等级较高的性能极限状态则需要考虑模糊区间对结果的影响。

多维性能极限状态下概率地震需求分析的多元相关核密度估计法

本文不对工程需求参数(EDP)的分布类型进行人为假定,提出基于多元相关核密度估计的概率地震需求分析法。在带宽矩阵和多元高斯核函数中分别引入相关系数,并分别采用三种相关系数描述相关性,将传统核密度估计拓展到可以考虑随机变量相关性的多元核密度估计。基于SAP2000建立某钢筋混凝土框剪结构,选择最大层间位移角、最大层加速度衡量多维性能极限状态。在不同峰值地面加速度(PGA)下建立基于多元相关核密度估计的概率地震需求模型,并给出基于蒙特卡洛(MC)模拟的地震需求公式,得到结构需求的年平均超越概率。采用传统基于多维对数正态分布假定的地震风险概率法和不考虑EDP相关性的核密度估计进行对比,研究表明:与传统的多维对数正态分布假定相比,基于相关多元核密度估计的结构需求年平均超越概率偏大,而不考虑相关性的多元核密度估计所得年平均超越概率偏小;不同相关系数会影响到年平均超越概率的大小,其中Pearson相关系数影响最大,Spearman相关系数次之,Kendall相关系数最小。

考虑多维地震下的高耸塔台结构易损性分析

本文考虑了多维地震下高耸机场塔台结构的易损性分析。通过SAP2000建立塔台模型,选择了真实地震波数据,每条波的加载方式均为水平一维,水平二维和空间三维。以地面峰值加速度(PGA)作为地震强度的指标,基于Bootstrap参数区间估计法建立了在不同PGA不同维度地震的多维概率地震需求模型。建立了性能极限状态方程,通过蒙特卡洛(MC)法求解了破坏概率,得到了易损性曲线,并进一步引入易损性指数描述塔台的地震损伤,研究表明:在四种性能极限状态下,二维地震得到的破坏概率显著高于一维地震激励,因此若只考虑一维地震会显著高估结构的抗震性能;通过三维地震得到的破坏概率略高于二维地震,但总体上差异较小,因此二维地震已经满足工程精度;三维地震的易损性指数略高于二维地震,而二维地震显著高于一维地震,该结果与易损性曲线的结论一致,说明将易损性指数引入塔台结构的易损性分析是合理的。

联合极限状态下基于最大熵可靠度的易损性分析

考虑工程需求参数(EDP)的前四阶矩,提出基于最大熵可靠度理论的地震易损性分析方法。基于SAP2000建立钢筋混凝土框剪模型,选择最大层间位移角和最大层加速度衡量结构的联合性能极限状态,建立极限状态方程。不对EDP的分布进行人为假定,在不同峰值加速度(PGA)下计算两种EDP的前四阶矩,并作为约束条件,建立极限状态方程的最大熵概率密度函数,将多维积分转化为一维积分,通过最大熵二次四阶矩法计算失效概率,得到易损性曲线。采用基于对数正态分布假定的蒙特卡洛(MC)法进行对比,研究表明,基于最大熵法得到的易损性曲线与传统方法得到的易损性曲线基本重合,验证了本文所提方法的精度;通过最大熵概率密度函数简化积分,计算效率较高;在联合极限状态下,忽略不同EDP极限状态的相关性不利于工程安全。

基于卷积神经网络与区域生长法的建筑裂缝识别

基于卷积神经网络(CNN)的建筑裂缝识别结果大多为含有裂缝的面元图像,而并非裂缝本身.本文将CNN与区域生长法结合,提出一种两阶段方法用于提取像素级别的裂缝特征.利用数据扩充法建立裂缝图像数据库,选择包括Alexnet、Vgg16、Vgg19、Inception-V3和ResNet50的5种典型CNN用于裂缝识别.综合考虑样本图像的整体准确率,单张图像的裂缝识别精确度及背景图像的置信度,确定精度最高的CNN,得到裂缝面元图像;利用区域生长法对CNN识别的裂缝面元图像进行裂缝特征提取,得到像素级别的裂缝图像.研究表明,Inception-V3网络在裂缝识别中具有较高的识别精度;通过区域生长法进行裂缝特征提取,可以得到精度较高的像素级别裂缝特征图像.该研究提供了一种高精度的建筑裂缝识别方法.

一种基于凸集-概率混合模型的结构可靠性分析法

论文建立一种凸集-概率混合模型下的结构可靠性分析方法.考虑椭球模型和区间模型两种不同类型的凸集模型,在标准空间内通过拉丁超立方抽样生成样本点,通过矩阵变换将其转换到凸集空间内,得到凸集变量的样本点;将凸集变量样本点代入极限状态方程,从而混合可靠性模型转变为纯概率可靠性模型;利用Laplace渐进积分法对每个极限状态方程进行失效概率求解,统计结果的最大值和最小值,得到失效概率的上、下界,研究了凸集变量的个数对结果的影响,通过失效概率的变异系数描述计算结果的稳定性;通过三个算例验证了计算结果的精度,并采用混合模型的蒙特卡洛法进行对比计算.研究表明:论文所提方法计算精度和效率均较高;凸集模型的类型会对结果产生较大影响;为使结果趋于稳定,椭球模型所需的凸集样本点个数多于区间模型;若凸集样本点数目相同,椭球模型的失效概率计算结果变异系数较小,稳定性高于区间模型.

基于BP神经网络和Laplace渐进积分法的结构可靠性计算

传统基于代理模型的可靠性研究大多将抽样方法与代理模型相结合,并假定随机变量相互独立,且没有考虑到代理模型的不确定性对失效概率的影响.论文将反向传播(BP)神经网络和Laplace渐进积分法相结合,提出一种结合代理模型和高次阶矩的可靠性计算方法,称之为BP-Lap法.采用Latin超立方抽样技术,结合学习函数选取样本点,基于函数逼近原理,利用BP网络代理极限状态方程及其梯度向量和Hessian矩阵.利用训练好的BP网络通过Laplace渐进积分法求解失效概率,基于十折交叉验证思想,得到失效概率取值区间.通过四个算例,分别在随机变量相关和不相关的条件下,验证了BP-Lap法的有效性.研究表明:BP-Lap法可以衡量代理模型的不确定性对失效概率的影响,得到失效概率的上、下界;BP-Lap法同时适用于显示和隐式的极限状态方程,对相关随机变量的可靠性问题具有较高精度.

湖北枣阳郭家庙墓地曹门湾墓区(2015)M43发掘简报

2015年7月-2016年1月,湖北省文物考古研究所、武汉大学历史学院等单位组成联合考古队,对枣阳郭家庙墓地曹门湾墓区进行了第二次发掘,共清理春秋早期墓葬二十七座,其中曹门湾M43保存完整,出土的太保簠、夨叔匜是研究曾国官制以及曾国政治联姻关系的重要资料。