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中国东南沿海地区处于环太平洋地震带,频繁发生的地震灾害严重影响着此区域近海桥梁工程的安全并造成了巨大的经济损失。对近海桥梁开展全寿命抗震性能多目标优化设计以合理兼顾抗震安全和全寿命费用之间的平衡至关重要。另外,氯离子腐蚀将导致结构性能劣化,继而影响桥梁结构的抗震安全性及可靠性。本文针对近海桥梁结构全寿命抗震性能设计的多目标优化决策开展了系统性的研究,将基于抗震性能的偏好转化为价值函数引入交互式优化模型,并考虑了氯离子腐蚀对桥梁在地震作用下的损失费用及对全寿命抗震优化设计的影响。主要研究内容及结论如下:
(1)以单柱桥墩为例,建立了可同时考虑地震作用下的全寿命经济性能与安全性能的多目标抗震优化模型。分别将截面参数和满足规范需求作为设计变量和约束条件。结果表明:针对低维抗震优化设计,提出的多目标抗震模型可以兼顾抗震安全和经济等因素,生成分布性良好的Pareto最优集,给设计者提供更多的选择机会。
(2)针对近海桥梁结构抗震性能设计的多层次多目标特性以及传统多目标算法在高维抗震设计时无法获取全局非劣解集的问题,提出了基于位移延性的抗震性能偏好,并将其转化为相应的价值函数与交互式多目标优化决策算法相结合用于桥梁抗震设计。结果表明:应用交互式抗震优化模型,通过不断引入设计者的偏好信息,可以聚焦于设计者感兴趣的抗震性能区域逐步搜索至与偏好一致的全局最优设计。
(3)基于位移延性的抗震性能偏好,将“事后”及“交互式”两种偏好引入方式算法应用于桥墩的抗震设计。对比优化结果发现:针对低维抗震设计,事后引入算法需足够多的种群数量才可以获取满足精度需求的设计;对于高维抗震设计,应用事后引入偏好算法可能收敛至局部最优解。然而,本文提出的交互式抗震模型获取结果的计算精度受优化目标数量的影响较小,而且随着目标数量的增多其优势愈发显著;即使当目标过多时,交互式模型也可收敛至满足抗震性能偏好的全局最优设计。
(4)推导了考虑氯离子腐蚀下的地震损失费用计算公式及全寿命费用和年平均费用公式,将费用偏好和耐久性使用寿命纳入交互式抗震优化模型。分析结果表明:在考虑腐蚀退化的桥梁全寿命抗震设计时,相比全寿命费用优化模型,年平均费用优化模型可以更准确、更合理地权衡延长耐久性使用寿命所增加的成本以及其带来的优势。
(1)以单柱桥墩为例,建立了可同时考虑地震作用下的全寿命经济性能与安全性能的多目标抗震优化模型。分别将截面参数和满足规范需求作为设计变量和约束条件。结果表明:针对低维抗震优化设计,提出的多目标抗震模型可以兼顾抗震安全和经济等因素,生成分布性良好的Pareto最优集,给设计者提供更多的选择机会。
(2)针对近海桥梁结构抗震性能设计的多层次多目标特性以及传统多目标算法在高维抗震设计时无法获取全局非劣解集的问题,提出了基于位移延性的抗震性能偏好,并将其转化为相应的价值函数与交互式多目标优化决策算法相结合用于桥梁抗震设计。结果表明:应用交互式抗震优化模型,通过不断引入设计者的偏好信息,可以聚焦于设计者感兴趣的抗震性能区域逐步搜索至与偏好一致的全局最优设计。
(3)基于位移延性的抗震性能偏好,将“事后”及“交互式”两种偏好引入方式算法应用于桥墩的抗震设计。对比优化结果发现:针对低维抗震设计,事后引入算法需足够多的种群数量才可以获取满足精度需求的设计;对于高维抗震设计,应用事后引入偏好算法可能收敛至局部最优解。然而,本文提出的交互式抗震模型获取结果的计算精度受优化目标数量的影响较小,而且随着目标数量的增多其优势愈发显著;即使当目标过多时,交互式模型也可收敛至满足抗震性能偏好的全局最优设计。
(4)推导了考虑氯离子腐蚀下的地震损失费用计算公式及全寿命费用和年平均费用公式,将费用偏好和耐久性使用寿命纳入交互式抗震优化模型。分析结果表明:在考虑腐蚀退化的桥梁全寿命抗震设计时,相比全寿命费用优化模型,年平均费用优化模型可以更准确、更合理地权衡延长耐久性使用寿命所增加的成本以及其带来的优势。