【摘 要】
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基于性能的抗震设计方法的可靠性取决于抗震性能指标的准确性和结构弹塑性分析的精确性。目前,型钢混凝土（SRC）梁柱构件的弹塑性分析精度仍有待提高,工程应用的有限元分析模型与真实构件的抗震性能有较大差异,特别是对于小剪跨比的剪切破坏构件。为了提高SRC梁柱构件的弹塑性分析精度,本文对SRC梁柱试验数据进行收集,基于随机森林算法建立SRC梁柱纤维单元参数预测模型（PMFEP-SRC）,对SRC梁柱纤维单
【基金项目】
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广东省基础与应用基础研究基金委员会（2020A1515010739）; 广州市科学技术局（202103000038）
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基于性能的抗震设计方法的可靠性取决于抗震性能指标的准确性和结构弹塑性分析的精确性。目前,型钢混凝土（SRC）梁柱构件的弹塑性分析精度仍有待提高,工程应用的有限元分析模型与真实构件的抗震性能有较大差异,特别是对于小剪跨比的剪切破坏构件。为了提高SRC梁柱构件的弹塑性分析精度,本文对SRC梁柱试验数据进行收集,基于随机森林算法建立SRC梁柱纤维单元参数预测模型（PMFEP-SRC）,对SRC梁柱纤维单元的参数选择进行优化。本文的主要研究内容和成果如下:（1）建立SRC梁柱试验数据库。基于国内外公开发表的学位论文共搜集153根SRC梁柱试件的低周往复试验数据,提取试件的滞回曲线,建立SRC梁柱试验数据库,并通过对主要参数进行统计,证明了数据库具有工程代表性。（2）开发SRC梁柱自动化弹塑性分析软件（AEAP-SRC）。以OpenSees分析程序为计算核心,通过Python语言完成数据前后处理,开发能够实现自动建模、加载计算、数据处理与可视化等功能的AEAP-SRC程序。基于AEAP-SRC,通过单因素分析,研究了各种材料本构关系的各参数对SRC梁柱试件弹塑性分析结果的影响。（3）提出一种将SRC梁柱试验数据转化为标签数据的方法。以峰值承载力比值RF和耗能能力比值RE为目标参数,量化了SRC梁柱试件的数值拟合滞回曲线与试验滞回曲线之间的相似度;以承载力调整系数CF和刚度调整系数CS作为调整参数,将复杂的纤维单元最优参数求解问题简化为两个独立的近似线性求解问题;结合爬山算法进行寻优,实现纤维单元最优参数的自动化求解,并与常用纤维单元进行对比,证明了纤维单元最优参数的正确性。（4）建立SRC梁柱纤维单元参数预测模型（PMFEP-SRC）。将试件的控制参数转化为11个具有代表性的特征参数,将纤维单元最优参数（求解的承载力调整系数CF和刚度调整系数CS）作为标签参数,基于随机森林算法建立PMFEP-SRC。以预留的27根SRC梁柱试件作为测试集,通过与两种常用纤维单元进行对比,证明了PMFEP-SRC的准确性。对比结果表明:1)三种纤维单元都能较好地拟合SRC梁柱试件的峰值承载力,其中PMFEP-SRC纤维单元的误差为7.17%,Steel01纤维单元的误差为13.6%,Steel02纤维单元的误差为14.78%。2)通过对纤维单元的刚度进行折减,PMFEP-SRC纤维单元能够较好地拟合各种破坏形态的SRC梁柱试件力学性能,其耗能面积误差为11.46%,而Steel01纤维单元和Steel02纤维单元不能拟合剪切破坏SRC梁柱试件的滞回特性,耗能面积误差分别为42.11%和32.36%。（5）设计并完成9个剪跨比λ=3的SRC柱低周往复试验,并通过试验数据验证PMFEP-SRC纤维单元在拟合大剪跨比的弯曲破坏SRC梁柱时仍然具有更高的可靠性。对比结果表明:1)三种纤维单元都能较好地拟合SRC柱试件的峰值承载力。2)只有PMFEP-SRC纤维单元能够较好地拟合SRC柱试件的耗能面积,误差为5.19%,Steel01纤维单元和Steel02纤维单元均高估了SRC柱试件的耗能能力,误差分别为38.89%和16.03%。
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