基于粒子滤波的结构可靠度分析.doc

基于粒子滤波的结构可靠度分析建筑结构从投入使用就面临着外界荷载的长期作用、环境对结构的侵蚀和建筑材料老化等一系列问题,保证建筑结构在这些影响因素下的可靠度就显得格外重要,而失效概率作为结构可靠性的评价标准之一,其计算方法近年来也是成为了许多学者的研究重点。但目前很多方法都极度依赖于结构的极限承载力方程,这对复杂性结构来说适用性很低,所以数值模拟方法也就发展起来了。本文则基于粒子滤波算法,从以下两方面出发对结构的可靠度进行计算分析:首先,就结构自身而言,其性能参数会因为多种因素的影响而存在着不确定性,进而对结构的可靠度带来一定的影响。为了对结构进行考虑参数不确定性的可靠度分析,本文提出采用粒子滤波算法生成结构参数概率密度函数的方法,在获得了结构参数概率知识的基础上,根据相应规范来计算出结构的失效概率,从而得到结构对应的可靠度。其次,就结构所受的外界荷载来看,地震作用是最常见的,对建筑结构的可靠度也有着不可忽视的影响。地震作用的不确定性是不可消除的,因此本文则着重考虑地震作用的不确定性,对结构进行可靠度分析。考虑到既有结构的性能参数会随着外界荷载作用和使用时间的累积而发生变化,所以对这些既有结构进行可靠度分析时,必须首先识别出其当前状态下物理参数的真实值。本文提出采用粒子滤波算法识别结构参数的方法,在可靠度分析之前识别出既有结构的参数真实值,同时对于结构参数发生突变的结构提出了一种自适应粒子滤波识别算法。随后根据识别出的结构参数真实值构建计算模型,用蒙特卡罗法对结构进行考虑地震动不确定性的可靠度分析。由于真实地震波的数据相对匮乏,所以通过研究真实地震波相位谱的特性,采用改进的分式布朗运动模型来拟合地震动,进而获得足够的地震波数据来进行可靠度分析。本文所提出的基于粒子滤波的可靠度计算方法,可以从结构自身参数和外界地震荷载作用两个维度出发对结构进行可靠度分析,定量化分析两大因素对结构可靠度的影响效果,为结构可靠度分析方法提供新的思路,同时也有利于既有建筑结构的科学管理。