弹性位移要求：系统参数的不确定性与地型数据的随机性

英文翻译1外文原文出处:EngineeringStructures30(2008)1002–1013弹性位移要求：系统参数的不确定性与地型数据的随机性摘要：本文的主要内容是：量化成比例的源于(1)广泛承认记录的变化性，(2)内在随机性的系统参数，弹性的总位移比率模式主导结构相当名义上决定横向强度。随机系统参数处理均为：系统正常独立考虑横向屈服强度和系统粘性阻尼比。MonteCarlo模拟技术是一套选自从20规模地震数据中总结出来被广泛用来取代SDOF系统的数据模拟系统。各向主要倾向的措施是，变化性的分散系数，被认为是这位移的数率。被普遍认为，分散的数率在位移比率的准则下被认为随机性的系统参数要远小于人为记录数据时的多变性。估计这种被报道的复表面重力波的分解的以后很有可能实施于性能抗震设计新兴概率和评价方法。据还表明，在所产生的分散位移比率的可变性参数低于本身内在分散系统参数只有在极少数的情况或短时间内发生。

1介绍最近推出的关于使用标准性能的抗震设计方法的是位移法，而不是强度的基本要求的参数设计，评定和修复的结构法。此外，目前的建议，评估现有的结构基本建立简化分析方法，其中SDOF系统是通过估算全球弹性位移需求结构。例如这些例子ATC-40准则[1]，FEMA-273[2]，FEMA-356[3]。在这些资源文件，全球需求弹性位移的结构计算考虑到之间的关系，最大的需求弹性位移的非线性SDOF系统和最大弹性位移需求的线弹性SDOF系统。因此，最近的一项新关注的近似方法来计算合理的估计数最多要求位移弹性SDOF系统。此外，以概率为基础的抗震设计/评估方法正在获得越来越多的引起地震工程社区面上研究人员和设计师的关注。因此，据全面的资料估计，预期平均值（即主要倾向措施）的最大弹性位移的模式广泛的占主导地位的结构和相关的变化性（即分散）在此参数是非常重要的有效实施这种概率为基础的方法。第一份研究调查报告说，最大变形的弹性和弹性系统之间的关系，续集中提到的作为弹性位移比率DRin，指导人Veletsosetal.[4]。他们指出，在低频区域的最大变形的弹性和弹性系统大致相同。这一看法引起了众所周知的“平等位移规则”更多最近的研究提供了丰富的宝贵资料集中趋势的措施弹性位移比率，DRin，弹塑性和双线性SDOF[5-10].最近这些的研究表明，绘图明确的结论就无弹性位移比率不同的SDOF系统，有效的各种频率领域不是一个简单的任务。此外，Gupta和Krawinkler[11]例如正在进行的研究扩展到包括各种类型的DEGRADING系统他们因此证明了非线性SODF震动刚度收缩滞后的行为导致无弹性位移比抽象的刚度应力-应变系统位移更大。此外，在其中一个最完整的影响的研究结构退化的弹性位移的要求，Pekoz和Pincheira[12]报告说，最大的弹性位移降解系统大于nondegrading系统时期间的振动少于主要时期的地面运动（定义为峰值的输入能量谱的弹性SDOF系统）。尽管所有这些研究提供重要资料集中趋势的措施弹性位移比SDOF系统，主要是由于相对较小的样本只有极少数提供了可靠的信息分散这些比率考虑地震波。在过去的统计研究为了弥补这一不足，鲁伊斯-加西亚和米兰达[13]使用了特别多的地面运动（240记录），以便仔细评估的分散所谓的“横向强度相对恒定”弹性位移比率DRin。然而，这种分散造成了评估考虑系统参数确定性，并记录中(RTR)的变化性的唯一来源的不确定性被估在分散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.英文翻译2外文原文出处:EngineeringStructures30(2008)2360–23691导言对于大小/几何结构的优化与固定的拓扑结构，有必要以优化结构和几何截面同时进行。对于这样的优化，通常是大量的设计变量通过代表性的地方和节点坐标组成，从而决定设计的空间与尺寸。从剖面图中选择代表性的横断面，通过构件应力，屈曲应力，位移和节点的参数和分析局部的可能性。Goldberg是公式[1]的最早得出人之一，而早期构件的结构优化计算法公式[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。公式在过去十年中还有许多人通过发表论文的得以改进和提高。在优化几何（形状）的结构计算法（GA），采取尽量减少结构重量为目标，通过改变几何的主要结构和增加尺寸的设计空间，选择最适当的条件。结构分析的力法公式[6]是公认的由Argyris和Kelsey得出。在进一步发展中公式[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]中任何参数都能在全面的审查文件中找到。能量法是分析线性和非线性结构最重要的办法。在本文中，能量法和力方法用于最大限度地减少静态不确定性的结构S。现在就通过六个不同结构的例子说明这种有效的方法。2介绍能量的方法下面简要介绍了提供给不同能量的方法。一般而言，应力应变关系可表示的形式“=函数f（_）或_=克（”）。然后，应变能，余能，总余能可以计算公式为：（1）（2）其中U是应变能，Uc是余能，V是总余能，P为载体的外部荷载和u是矢量位移。

根据卡氏的第一个定理，一个弹性（线性或非线性系统），根据卡氏的第一个定理，适用一个（线性或非线性）弹性体，潜在的能是稳定的最小值。同样根据第二次定理，余能一般适合最小的内部应力.U对应的刚度方法和Uc对应的弹性方法。在第一个例子求解位移和在第二例子求解余能。由于在超静定结构，在计算多余的条件，其余成的主要构件采用遗传算法作为优化方法。由于能源是一个量的实体，因此，它作为一种合适的目标函数，在此算法的主要思想是以何种方式输入以减少变量。使用力法相当大的帮助了处理这个问题。应用遗传算法优化结构困难之一是，每一个子体单元体，在计算应履行的一项分析仪。当两个几何被认为是为刚度矩阵和矩阵参与力法将有所改变，因此，这种逆矩阵中的遗传模式将需要几代，增加了计算时间和减少的收敛速度。在目前的做法，因此没有必要寻找逆矩阵，只有增加变数是需要遗传算法，在力法可以很容易地获得，因此U即刚度法，对应的不确定因素数目将较少。在下面的基本步骤，刚度法以最低工作量为原则。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