基于可靠度响应面的RC桥墩抗震优化设计

摘要

基于性能的抗震设计理念作为目前地震工程领域的研究热点，在桥梁地震损伤评估中已有较成熟的应用，但其在抗震设计方面还有待进一步研究。文中以全概率地震风险分析框架为基础，引入响应面理论及改进的非支配排序遗传算法(improved non-dominated sorting genetic algorithms, NSGA-Ⅱ),提出了一种基于抗震可靠度的桥墩多目标优化设计方法。首先，结合地震易损性及地震危险性理论，阐述了桥梁抗震可靠度的建立方法。随后，提出以桥梁抗震可靠度及桥墩材料费用为目标函数的优化数学模型，基于响应面理论并结合NSGA-Ⅱ,建立了桥墩抗震优化设计流程。然后，以一座典型的公路桥梁为例，结合我国桥梁抗震设计规范，建立了桥梁地震危险性曲线及地震易损性曲线，对桥梁地震损伤特征进行分析。最后，建立了桥梁抗震可靠度响应面模型，对算例桥梁进行抗震优化设计。研究结果表明：基于二次多项式的响应面模型能够准确描述桥墩设计参数与桥梁抗震可靠度之间的隐式关系。采用文中提出的抗震优化设计方法可以改善桥梁整体的抗震可靠度或降低桥墩的材料费用。将桥梁抗震可靠度作为目标函数，能够考虑桥墩参数对桥梁整体地震损伤风险的影响。此外，多目标抗震优化设计能够突破传统经验设计方法的局限性，实现更加精细的定量设计，设计人员可以利用不同的优化策略灵活地从Pareto解集中获取最优方案。

关键词

抗震可靠度 / 优化设计 / 地震易损性 / 地震危险性 / 响应面法 / 非支配排序遗传算法