彈性位移要求：系統(tǒng)參數(shù)的不確定性與地型數(shù)據(jù)的隨機性

英文翻譯1外文原文出處:EngineeringStructures30(2008)1002–1013彈性位移要求：系統(tǒng)參數(shù)的不確定性與地型數(shù)據(jù)的隨機性摘要：本文的主要內(nèi)容是：量化成比例的源于(1)廣泛承認記錄的變化性，(2)內(nèi)在隨機性的系統(tǒng)參數(shù)，彈性的總位移比率模式主導結(jié)構(gòu)相當名義上決定橫向強度。隨機系統(tǒng)參數(shù)處理均為：系統(tǒng)正常獨立考慮橫向屈服強度和系統(tǒng)粘性阻尼比。MonteCarlo模擬技術(shù)是一套選自從20規(guī)模地震數(shù)據(jù)中總結(jié)出來被廣泛用來取代SDOF系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)。各向主要傾向的措施是，變化性的分散系數(shù)，被認為是這位移的數(shù)率。被普遍認為，分散的數(shù)率在位移比率的準則下被認為隨機性的系統(tǒng)參數(shù)要遠小于人為記錄數(shù)據(jù)時的多變性。估計這種被報道的復表面重力波的分解的以后很有可能實施于性能抗震設計新興概率和評價方法。據(jù)還表明，在所產(chǎn)生的分散位移比率的可變性參數(shù)低于本身內(nèi)在分散系統(tǒng)參數(shù)只有在極少數(shù)的情況或短時間內(nèi)發(fā)生。

1介紹最近推出的關(guān)于使用標準性能的抗震設計方法的是位移法，而不是強度的基本要求的參數(shù)設計，評定和修復的結(jié)構(gòu)法。此外，目前的建議，評估現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)基本建立簡化分析方法，其中SDOF系統(tǒng)是通過估算全球彈性位移需求結(jié)構(gòu)。例如這些例子ATC-40準則[1]，F(xiàn)EMA-273[2]，F(xiàn)EMA-356[3]。在這些資源文件，全球需求彈性位移的結(jié)構(gòu)計算考慮到之間的關(guān)系，最大的需求彈性位移的非線性SDOF系統(tǒng)和最大彈性位移需求的線彈性SDOF系統(tǒng)。因此，最近的一項新關(guān)注的近似方法來計算合理的估計數(shù)最多要求位移彈性SDOF系統(tǒng)。此外，以概率為基礎的抗震設計/評估方法正在獲得越來越多的引起地震工程社區(qū)面上研究人員和設計師的關(guān)注。因此，據(jù)全面的資料估計，預期平均值（即主要傾向措施）的最大彈性位移的模式廣泛的占主導地位的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的變化性（即分散）在此參數(shù)是非常重要的有效實施這種概率為基礎的方法。第一份研究調(diào)查報告說，最大變形的彈性和彈性系統(tǒng)之間的關(guān)系，續(xù)集中提到的作為彈性位移比率DRin，指導人Veletsosetal.[4]。他們指出，在低頻區(qū)域的最大變形的彈性和彈性系統(tǒng)大致相同。這一看法引起了眾所周知的“平等位移規(guī)則”更多最近的研究提供了豐富的寶貴資料集中趨勢的措施彈性位移比率，DRin，彈塑性和雙線性SDOF[5-10].最近這些的研究表明，繪圖明確的結(jié)論就無彈性位移比率不同的SDOF系統(tǒng)，有效的各種頻率領域不是一個簡單的任務。此外，Gupta和Krawinkler[11]例如正在進行的研究擴展到包括各種類型的DEGRADING系統(tǒng)他們因此證明了非線性SODF震動剛度收縮滯后的行為導致無彈性位移比抽象的剛度應力-應變系統(tǒng)位移更大。此外，在其中一個最完整的影響的研究結(jié)構(gòu)退化的彈性位移的要求，Pekoz和Pincheira[12]報告說，最大的彈性位移降解系統(tǒng)大于nondegrading系統(tǒng)時期間的振動少于主要時期的地面運動（定義為峰值的輸入能量譜的彈性SDOF系統(tǒng)）。盡管所有這些研究提供重要資料集中趨勢的措施彈性位移比SDOF系統(tǒng)，主要是由于相對較小的樣本只有極少數(shù)提供了可靠的信息分散這些比率考慮地震波。在過去的統(tǒng)計研究為了彌補這一不足，魯伊斯-加西亞和米蘭達[13]使用了特別多的地面運動（240記錄），以便仔細評估的分散所謂的“橫向強度相對恒定”彈性位移比率DRin。然而，這種分散造成了評估考慮系統(tǒng)參數(shù)確定性，并記錄中(RTR)的變化性的唯一來源的不確定性被估在分散Drin里。英文原文1Variabilityininelasticdisplacementdemands:UncertaintyinsystemparametersversusrandomnessingroundrecordsS.S.F.Mehanny,A.S.AyoubAbstract:Quantifyingtherelativecontributionof(1)widelyrecognizedRecord-to-Recordvariability,versus(2)inherentrandomnessinsystemparameterstothetotalvarianceintheinelasticdisplacementratiosforfirstmode-dominantstructureswithequalnominalrelativelateralstrength,isthemajorgoalofthispaper.RandomSystemParametersaddressedhereinare:thesystemnormalizedlateralyieldstrengthandthesystemviscousdampingratio,independentlyconsidered.MonteCarloSimulationtechniqueisusedtogeneratealargenumberofdisplacementratiosforawiderangeofSDOFsystemssubjectedtoaselectedsetof20scaledearthquakerecords.Variouscentraltendencymeasures,aswellascoefficientsofvariationtoquantifydispersions,areevaluatedfortheresultingdisplacementratios.IthasbeennotedthatthedispersioninthevaluesofthedisplacementratiosthatisexplainedbyrandomnessinsystemparametersismuchsmallerthanthedispersionduetoRecord-to-Recordvariability.Estimatesforsuchdispersionshavebeenreportedforpotentialimplementationinemergingprobabilisticperformance-basedseismicdesignandevaluationmethods.Ithasbeenalsodemonstratedthattheresultingdispersionindisplacementratiosduetouncertaintyinsystemparametersislessthantheintrinsicdispersioninthesystemparametersthemselvesexceptataveryfewsituationsandforshortperiodsonly.1.IntroductionRecentlyintroducedperformance-basedseismicdesigncriteriausedisplacementsratherthanforcesasbasicdemandparametersforthedesign,evaluationandrehabilitationofcivilstructures.Moreover,currentrecommendationsfortheassessmentofexistingstructureshaveestablishedsimplifiedanalysismethodsinwhichSDOFsystemsareadoptedtoestimateglobalinelasticdisplacementdemandsonstructures.ExamplesofthoserecommendationsaretheATC-40guidelines[1],FEMA-273[2],andFEMA-356[3].Intheseresourcedocuments,globalinelasticdisplacementdemandsofstructuresarecomputedtakingintoaccounttherelationshipbetweenthemaximuminelasticdisplacementdemandsofnonlinearSDOFsystemsandthemaximumelasticdisplacementdemandsoflinearelasticSDOFsystems.Therefore,thereisarecentrenewedinterestonapproximatemethodstocomputereasonableestimatesformaximumdisplacementsdemandsofinelasticSDOFsystems.Furthermore,probabilistic-basedseismicdesign/evaluationmethodsaregaininggrowingattentionintheseismicengineeringcommunityatthelevelofbothresearchersanddesigners.Hence,comprehensiveinformationonestimatesofexpectedmeanvalues(i.e.centraltendencymeasures)ofmaximuminelasticdisplacementforawiderangeoffirstmode-dominantstructuresandtheassociatedvariability(i.e.dispersion)inthisresponseparameterisofhighimportancefortheeffectiveimplementationofsuchprobabilistic-basedmethods.Thefirststudythatinvestigatedtherelationshipbetweenthemaximumdeformationsofinelasticandelasticsystems,referredtointhesequelasinelasticdisplacementratios,DRin,wasconductedbyVeletsosetal.[4].TheystudiedSDOFsystemswithanelasto-plastichystereticbehavioursubjectedtosimplepulsesandtothreerecordedearthquakegroundmotions.Theyobservedthatinthelowfrequencyregionthemaximumdeformationoftheinelasticandelasticsystemswasapproximatelythesame.Thisobservationgaverisetothewell-known“EqualDisplacementRule”.Morerecentstudieshaveprovidedawealthofvaluableinformationregardingcentraltendencymeasuresforinelasticdisplacementratios,DRin,ofelasto-plasticandbilinearSDOFsystems[5–10].TheserecentstudiesshowedthatdrawingdefiniteconclusionsregardinginelasticdisplacementratiosfordifferentSDOFsystemsthatwouldbevalidforvariousfrequencyregionsisnotastraightforwardtask.Inaddition,GuptaandKrawinkler[11]extendedsuchongoingresearchtocovervarioustypesofdegradingsystems.TheyaccordinglyprovedthatnonlinearSDOFoscillatorshavingpinchedstiffness-degradinghystereticbehaviourledtolargermaximuminelasticdisplacementsthanpurestiffness-degradingsystems.Furthermore,inoneofthemostcompletestudiesontheeffectofstructuraldeteriorationoninelasticdisplacementdemands,PekozandPincheira[12]reportedthatmaximuminelasticdisplacementsfordegradingsystemsarelargerthanthoseofnondegradingsystemswhentheperiodofvibrationisshorterthanthepredominantperiodofthegroundmotion(definedasthepeakintheinputenergyspectraofanelasticSDOFsystem).WhileallthesestudiesprovidedsignificantinformationregardingcentraltendencymeasuresforinelasticdisplacementratiosofSDOFsystems,onlyveryfewprovidedreliableinformationonthedispersionoftheseratiosmainlyduetotherelativelysmallsampleofconsideredgroundmotions.Toremedythisshortageinpreviousstatisticalstudies,Ruiz-GarciaandMiranda[13]usedaparticularlylargenumberofgroundmotions(240records)inordertocarefullyassessthedispersionoftheso-called“constantrelativelateralstrength”inelasticdisplacementratios,DRin.However,suchresultingdispersionhasbeenevaluatedconsideringdeterministicsystemparameters,andRecord-to-Record(RTR)variabilityhasbeentheonlysourceofuncertaintyincludedinthedispersionestimationofDRinvalues.英文翻譯2外文原文出處:EngineeringStructures30(2008)2360–23691導言對于大小/幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與固定的拓撲結(jié)構(gòu)，有必要以優(yōu)化結(jié)構(gòu)和幾何截面同時進行。對于這樣的優(yōu)化，通常是大量的設計變量通過代表性的地方和節(jié)點坐標組成，從而決定設計的空間與尺寸。從剖面圖中選擇代表性的橫斷面，通過構(gòu)件應力，屈曲應力，位移和節(jié)點的參數(shù)和分析局部的可能性。Goldberg是公式[1]的最早得出人之一，而早期構(gòu)件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算法公式[2]是由Goldberg和Samtani得出，公式[3]是Jenkins，公式[4]是Adeli和Cheng，公式[5]是Rajeev和Krishnamoorthy。公式在過去十年中還有許多人通過發(fā)表論文的得以改進和提高。在優(yōu)化幾何（形狀）的結(jié)構(gòu)計算法（GA），采取盡量減少結(jié)構(gòu)重量為目標，通過改變幾何的主要結(jié)構(gòu)和增加尺寸的設計空間，選擇最適當?shù)臈l件。結(jié)構(gòu)分析的力法公式[6]是公認的由Argyris和Kelsey得出。在進一步發(fā)展中公式[7]是由Herderson，公式[8]是由Cassell等人，公式[9]是由Denke，公式[10]是由Felippa，公式[11]是由Kaveh等等。Kaveh的公式[12]中任何參數(shù)都能在全面的審查文件中找到。能量法是分析線性和非線性結(jié)構(gòu)最重要的辦法。在本文中，能量法和力方法用于最大限度地減少靜態(tài)不確定性的結(jié)構(gòu)S。現(xiàn)在就通過六個不同結(jié)構(gòu)的例子說明這種有效的方法。2介紹能量的方法下面簡要介紹了提供給不同能量的方法。一般而言，應力應變關(guān)系可表示的形式“=函數(shù)f（_）或_=克（”）。然后，應變能，余能，總余能可以計算公式為：（1）（2）其中U是應變能，Uc是余能，V是總余能，P為載體的外部荷載和u是矢量位移。

根據(jù)卡氏的第一個定理，一個彈性（線性或非線性系統(tǒng)），根據(jù)卡氏的第一個定理，適用一個（線性或非線性）彈性體，潛在的能是穩(wěn)定的最小值。同樣根據(jù)第二次定理，余能一般適合最小的內(nèi)部應力.U對應的剛度方法和Uc對應的彈性方法。在第一個例子求解位移和在第二例子求解余能。由于在超靜定結(jié)構(gòu)，在計算多余的條件，其余成的主要構(gòu)件采用遺傳算法作為優(yōu)化方法。由于能源是一個量的實體，因此，它作為一種合適的目標函數(shù)，在此算法的主要思想是以何種方式輸入以減少變量。使用力法相當大的幫助了處理這個問題。應用遺傳算法優(yōu)化結(jié)構(gòu)困難之一是，每一個子體單元體，在計算應履行的一項分析儀。當兩個幾何被認為是為剛度矩陣和矩陣參與力法將有所改變，因此，這種逆矩陣中的遺傳模式將需要幾代，增加了計算時間和減少的收斂速度。在目前的做法，因此沒有必要尋找逆矩陣，只有增加變數(shù)是需要遺傳算法，在力法可以很容易地獲得，因此U即剛度法，對應的不確定因素數(shù)目將較少。在下面的基本步驟，剛度法以最低工作量為原則。英文原文2Sizing,geometryandtopologyoptimizationoftrussesviaforcemethodandgeneticalgorithmH.Rahamia,A.Kavehb,_,Y.GholipouraaEngineeringOptimizationResearchGroup,UniversityofTehran,TehranbCentreforExcellenceforFundamentalStudiesinStructuralEngineering,IranUniversityofScienceandTechnology,Narmak,Tehran-16,IranReceived25April2007;receivedinrevisedform1January2008;accepted15January2008Availableonline10March20081.IntroductionForsize/geometryoptimizationofstructureswithfixedtopology,itbecomesnecessarytooptimizestructuralcrosssectionsandgeometrysimultaneously.Forsuchoptimization,usuallylargenumbersofdesignvariableswillbeencounteredconsistingofcross-sectionalareasandnodalcoordinates,thusresultingindesignspaceswithlargedimensions.Selectingthecross-sectionalareasfromalistofprofilesleadstoadiscretedesignspace,andduetotheconstraintsonmemberstresses,bucklingstresses,andnodaldisplacements,thepossibilityofbeingtrappedinalocaloptimumincreases.GoldbergisoneofthepioneersindevelopingtheGeneticalgorithm[1].EarlypapersonstructuraloptimizationusingGAareduetoGoldbergandSamtani[2],Jenkins[3],AdeliandCheng[4]andRajeevandKrishnamoorthy[5].ManyothershavepublishedpapersimprovingtheresultsandincreasingthespeedofGAinthelastdecade.Intheprocessofoptimizingthegeometry(shape)ofastructurebytheGeneticAlgorithm(GA),ifminimizingthestructuralweightistakenastheobjective,byalteringthegeometryoftheprimarystructureandincreasingthedimensionofthedesignspace,theoptimizationmayleadtolocaloptima.AnalysisofstructuresbytheforcemethodiswellestablishedbyArgyrisandKelsey[6].FurtherdevelopmentsareduetoHerderson[7],Casselletal.[8],Denke[9],Felippa[10],andKaveh[11]amongmanyothers.AcomprehensivelistofreferencescanbefoundinthereviewpaperofKaveh[12].Energymethodsarethemostimportantapproachesforthelinearandnonlinearanalysesofstructures.Inthisarticle,anenergymethodandtheforcemethodareusedforminimizingstaticindeterminacyofthestructureS.Theefficiencyofthepresentapproachisillustratedthroughsixexamplesofdifferentconfigurations2.Anintroductiontoenergymethodsthefollowingabriefintroductionisprovidedtodifferentenergymethods.Ingeneral,thestress–strainrelationshipcanbeexpressedintheform"=f(_)or_=g(").Thenthestrainenergy,complementaryenergy,andthetotalpotentialenergycanbecalculatedas:（1）（2）whereUisthestrainenergy,Ucisthecomplementaryenergy,Visthetotalpotentialenergy,Pisthevectoroftheexternalloadsanduisthevectorofjointdisplacements.AccordingtoCastigliano’sfirsttheorem,foranelastic(linearornonlinear)system,thepotentialenergyinstableequilibriumisminimum.Similarlyaccordingtothesecondtheorem,thecomplementarypotentialenergyisminimumforasystemofinternalforceswhichsatisfiesthecompatibility.Ingeneral,UcorrespondstothestiffnessmethodandUccorrespondstotheflexibilityapproach.Inthefirstcaseonelooksforthedisplacementsandinthelattercasewelookforredundantforces.Sinceinastaticallyindeterminatestru