基于动力弹塑性分析与FUZZY法对重要建筑物震害预测的方法研究

基于动力弹塑性分析与FUZZY法对重要建筑物震害预测的方法研究

沈伟杜东升王曙光刘伟庆

沈伟SHENWei曰杜东升DUDong-sheng曰王曙光WANGShu-guang曰刘伟庆LIUWei-qing（南京工业大学土木工程学院，南京211816）（CollegeofCivilEngineering，NanjingTechUniversity，Nanjing211816，China）

摘要院本文在基于动力弹塑性分析方法对重要建筑物进行性能分析的基础上，提出采用改进的FUZZY法建立模型来预测建筑物的破坏等级。最后本文利用该方法对实际工程进行震害预测，为城市中起到重要作用的建筑物抗震评估提供参考。

Abstract:Basedontheanalysisoftheperformanceofimportantbuildingswiththedynamicelastic-plasticanalysismethod,thispaperproposestousetheimprovedFUZZYmethodtoestablishamodeltopredictthedamagelevelofthebuildings.Finally,thismethodisusedtopredicttheearthquakedamageoftheactualengineering,whichprovidesthereferenceforthebuildingseismicassessmentwithimportanteffect.关键词院动力弹塑性分析；FUZZY法；震害预测Keywords:dynamicelasticplasticanalysis；FUZZYmethod；earthquakedamageprediction中图分类号院P315.6文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）27-0317-02

0引言目前我国已有的震害预测方法[1，2]有历史震害统计方法、结构模拟计算法、半经验半理论法、实验分析法等。上述方法并没有对待测建筑物进行重要性分类，因此，为了客观的对重要建筑物进行抗震性能评估，需对重要建筑物采用更加准确精密的分析，来预测在地震发生后可能遭受的损失。

针对以上问题，本文在基于动力弹塑性分析方法[3，4]对重要建筑物进行震害预测的基础上，提出以构件的损伤率为基本参数采用改进的FUZZY法[5，6]建立模型来预测建筑物破坏等级的方法。最后运用该方法对实际工程进行震害评估，为重要建筑物的震害预测方法提供新的参考。

1重要建筑物震害预测的方法模型研究动力弹塑性分析方法是一种将结构作为弹塑性振动体系加以分析的方法，得到结构构件的损伤破坏数量及比率，形成隶属度矩阵。本文动力弹塑性分析是采用美国伯克利大学研发的PERFORM-3D软件[7]。

模糊综合评价方法又称FUZZY法，它是在模糊集合理论的基础上对受多个因素制约的事物或者对象进行的一个综合的评价。FUZZY法中评价建筑物震害预测的数学物理模型为：B=棕莓R（1）此时首先通过合成向量K（引，尹），得出各级评价指标Bi，其中引代表取小值min及尹代表取大值max来进行运算，那么，bj=ni=1尹（ai引rij）（2）式中，B表示判断建筑物震害预测的各级综合指标；棕表示因子权重矩阵集；R模糊矩阵，用R=（rij）n伊m，表示，rij为因子评价的实测值，本文表示某个建筑物在第i个构件下第j个状态下构件的数量与构件总量的比率值，取值在[0,1]之间。

在得出B后，结合判定等级论域对建筑物进行震害预测得出震害指数评价建筑破坏等级，本文采用的是二次FUZZY法的评估，其一般步骤模型如图1。

2AHP法设置构件及其状态权重本文采用AHP1-9标度法来构建集合梁、连梁、墙、柱四种构件判断矩阵，确定两级指标的相对权重值，其具体步骤如图2所示。

运用Matlab软件对判断矩阵A进行计算，经整理后得出每一种构件在建筑物中的相对权重值的权重，见表1~2。

3动力弹塑性分析方法确定构件损伤矩阵本文研究的重要建筑物的代表是某市11层框剪结构人民政府办公大楼，该楼框架抗震等级三级，剪力墙抗震等级二级，经PERFORM-3D分析得出在喻度四个性能水准图构件的损伤数量与破坏比率，现以1性能水准为例，如表3。

由表3可知在喻烈度下的一级指标的隶属度矩阵R喻1为：R喻1=00..77377800..00364800..00351700..01172300..89580900..00128900..00253500..000306杉删山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫4基于FUZZY法对重要建筑物进行二次综合评估4.1一级FUZZY法对建筑物的评估一级FUZZY法评估是一级指标（构件在不同烈度地震袭击下各类构件不同状态下的比率）对二级指标（各类构件）的影响。

运用式（2）对一级评价指标权重值与构件的隶属度矩阵进行计算，已知Agj={0.058，0.095，0.156，0.691}，则：B喻1kjs=Agj莓R喻1kjs=00..005588引引00..07674700..009955引引00..07338800..115566引引00..08288900..669911引引00..09150900..005588引引00..00132700..009955引引00..01571300..115566引引00..00350300..669911引引00..000256杉删山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫=（0.691，0.058，0.053，0.095）进行归一化处理得出：B喻’=（0.771，0.064，0.059，0.106）4.2二级FUZZY法对建筑物的评估二级FUZZY法对建筑物的评估是指二级指标对整个建筑物的判定，得出评估模糊矩阵，从而根据划分的评定等级来确定该建筑物所处的破坏形态，本文整个建筑物的模糊评估矩阵用G=Ai莓Bi表示。市政府大楼在喻度大震下的模糊综合评估矩阵为：Gkjs喻‘=Akj莓Bkjs=（0.569，0.069，0.059，0.106）4.3FUZZY法判定结果的分析参照已有建筑物震害预测的破坏状态分类可知，破坏等级与震害指数对应关系为基本完好[0.00，0.10]，轻微破坏（0.10，0.30]，中等破坏（0.30，0.55]，严重破坏（0.55，0.85]，倒塌（0.85，1.00]。

在本文的4性能水准中判定等级域对应的取值为0.2，0.5，0.7，0.9，记为V={0.2，0.5，0.7，0.9}。根据建筑物震害等级判定论域及二级评估的结果，由公式3确定建筑物的破坏指数，如下：Ii=Gikjy·VT（3）I喻=0.569伊0.2+0.069伊0.5+0.059伊0.7+0.106伊0.9=0.285所以，查表4知，在喻度大震下该框剪结构市政府大楼的震害指数为0.285在[0.1，0.3]之间，说明该建筑物的破坏状态处于轻微破坏。

5结论通过本文分析结果，得出以下结论：淤本文运用Perform-3D模拟建筑物弹塑性分析，得出四个性能水准下建筑物的梁、连梁、柱、墙的破坏数量及其破坏比率，形成隶属度矩阵。基于动力弹塑性分析方法对重要建筑物进行分析，能够精确的得到趋近与实际震害的破坏状态。

于本文结合AHP法对构件的设置权重，运用改进后的FUZZY法对重要建筑物的4种构件的破坏隶属度，进行两级综合评估，实现分层分析的优势，得出对重要建筑物在不同震级下的震害预测。

参考文献院[1]乔亚玲，闫维明.建筑结构震害预测方法研究评述[J].工业建筑，2005，35（6）：1-6.[2]崔玉红，邱虎，聂永安，等.国内外单体建筑物震害预测方法研究评述[J].地震研究，2001，24（2）：175-182.[3]吕西林，苏宁粉，周颖.复杂高层结构基于增量动力分析法的地震易损性分析[J].地震工程与工程振动，2012，32（5）：19-25.[4]李葱葱，马东辉，王志涛.基于IDA的群体典型框架结构的震害预测研究[J].中国安全科学学报，2013，23（4）：127-132.[5]朱庆峰，徐中平，王力.基于模糊综合评价法和BP神经网络法的企业控制活动评价及比较分析[J].管理评论，2012，05：113-123.[6]鲁艳玲，胡红亮，张彦峰.基于改进模糊综合评价模型的城市人居环境评价体系研究[J].微电子学与计算机，2013，09，30（9）：158-163.[7]曾明.PERFORM-3D基本操作与实例[M].北京：中国铁道出版社，2013.