[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積快速評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211243200.0
• 申請(qǐng)日: 2022-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN116204947A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃詠政;王森鈉;尹續(xù)峰;薛曉光;李易;趙玉立;周旭;陳路
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍63921部隊(duì);北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/27;G06N3/048;G06N3/08;G06F111/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積快速評(píng)估方法。連續(xù)倒塌是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在意外荷載作用下發(fā)生初始局部破壞，這種破壞在構(gòu)件間傳播，最后造成整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的倒塌或不成比例的倒塌。由于結(jié)構(gòu)倒塌會(huì)對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)造成巨大危害，因此需要對(duì)不同情況下的結(jié)構(gòu)倒塌程度進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)框剪結(jié)構(gòu)這種廣泛使用的建筑結(jié)構(gòu)形式評(píng)估倒塌破壞程度顯得尤為重要。本發(fā)明通過有限元軟件獲得大量框剪結(jié)構(gòu)倒塌計(jì)算結(jié)果，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立結(jié)構(gòu)參數(shù)和倒塌破壞面積之間的復(fù)雜非線性關(guān)系，獲得模型僅需提供少量結(jié)構(gòu)參數(shù)即可得到倒塌破壞面積。利用本評(píng)估方法，可以極大縮短評(píng)估時(shí)間，同時(shí)保證預(yù)測(cè)精度，對(duì)框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積的評(píng)估具有十分重要的意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積快速評(píng)估方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

連續(xù)倒塌是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在意外荷載作用下發(fā)生初始局部破壞，這種破壞在構(gòu)件間傳播，最后造成整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的倒塌或不成比例的倒塌。由于結(jié)構(gòu)倒塌會(huì)對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)造成巨大危害，因此需要對(duì)不同情況下的結(jié)構(gòu)倒塌程度進(jìn)行評(píng)估。框剪結(jié)構(gòu)作為目前廣泛使用的建筑結(jié)構(gòu)形式，針對(duì)框剪結(jié)構(gòu)的倒塌破壞程度評(píng)估顯得尤為重要。然而，目前傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)倒塌面積評(píng)估方法通常為有限元數(shù)值模擬分析，該方法雖然精度較高，但需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，而建筑結(jié)構(gòu)倒塌情況復(fù)雜，工況多樣，導(dǎo)致該方法分析結(jié)構(gòu)倒塌面積效率低下。相關(guān)研究表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠快速學(xué)習(xí)和構(gòu)建非線性復(fù)雜關(guān)系模型，在保證計(jì)算效率的同時(shí)也能滿足預(yù)測(cè)精度的需求。因此，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積進(jìn)行評(píng)估具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服傳統(tǒng)方法評(píng)估結(jié)構(gòu)倒塌效應(yīng)效率低下的問題，簡(jiǎn)化倒塌破壞面積的分析過程和提高倒塌面積評(píng)估的效率，為結(jié)構(gòu)倒塌程度評(píng)估、災(zāi)前演習(xí)和災(zāi)后救援提供實(shí)時(shí)有效的倒塌情況分析。本發(fā)明提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積快速評(píng)估方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框剪結(jié)構(gòu)倒塌面積快速評(píng)估方法，該方法根據(jù)豎向構(gòu)件承擔(dān)荷載面積和周邊構(gòu)件約束水平的不同，分別劃分為角部墻、內(nèi)部墻、短邊柱、長(zhǎng)邊柱和內(nèi)部柱五種不同的初始失效位置，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立單一工況下失效參數(shù)(失效構(gòu)件所在平面位置、失效構(gòu)件所在層數(shù)和失效構(gòu)件數(shù)量)和結(jié)構(gòu)參數(shù)(抗震設(shè)防烈度、樓層層數(shù)、單跨跨度)與倒塌破壞面積之間的復(fù)雜非線性關(guān)系，給出了不同工況下倒塌破壞面積的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)需要調(diào)用對(duì)應(yīng)倒塌部位的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即可得到建筑的倒塌破壞面積，具體分析流程如圖1所示。具體步驟如下：

1)根據(jù)常見建筑結(jié)構(gòu)形式和典型工況位置，確定典型框剪結(jié)構(gòu)的平面布置形式(如圖2所示)，結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)基本設(shè)計(jì)參數(shù)(層高、恒活載、地震信息和風(fēng)荷載信息)進(jìn)行確定，針對(duì)不同關(guān)鍵參數(shù)(抗震設(shè)防烈度、樓層層數(shù)和結(jié)構(gòu)跨度)對(duì)框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠覆蓋大部分常見結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，在MSC.Marc有限元軟件中建立18個(gè)整體結(jié)構(gòu)數(shù)值模型。

2)根據(jù)豎向構(gòu)件承擔(dān)荷載面積和周邊構(gòu)件約束水平的不同，分別劃分為角部墻、內(nèi)部墻、短邊柱、長(zhǎng)邊柱和內(nèi)部柱五種不同的初始失效位置，并設(shè)定1～4個(gè)局部關(guān)鍵構(gòu)件作為失效場(chǎng)景，共建立3150個(gè)典型倒塌工況，采用非線性動(dòng)力拆除構(gòu)件法開展整體結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌數(shù)值模型模擬，獲取整體結(jié)構(gòu)在局部構(gòu)件失效后的倒塌響應(yīng)。

3)以豎向位移超過跨度的1/5和水平向位移超過層高的1/20作為倒塌判據(jù)，并考慮上部結(jié)構(gòu)倒塌的堆載作用，認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)倒塌后，對(duì)應(yīng)位置的下部結(jié)構(gòu)也發(fā)生倒塌破壞。

4)基于步驟3)的倒塌判別準(zhǔn)則，對(duì)步驟2)中得到的整體結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行倒塌面積分析，統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)總體倒塌破壞面積。