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摘要： 基于巨子型有控结构体系（Megasub controlled structure system，即MSCSS）的组装原理，从抗震设防的角度提出了“有区别的等可靠度优化准则”。采用HilbertHuang变换（HHT）法合成非平稳人工地震波，将基于概率密度演化理论的动力可靠度分析方法用于MSCSS，编制了MATLAB与SAP2000的接口程序，以所提出的优化准则对非平稳地震作用下MSCSS进行了尺寸优化，并比较了优化前后的结果。研究表明：对MSCSS进行优化是有必要的，MSCSS优化后的可靠度分布比优化前更为合理，且响应控制能力也得到了提高。关键词： 抗震结构； 巨子型有控结构体系； 非平稳地震作用； 动力可靠度； 尺寸优化
中图分类号：TU352.1+1文献标识码： A文章编号： 10044523（2014）04051808
引言
大型复杂结构的抗震动力可靠度研究及基于可靠度的结构优化是结构工程计算理论的一个复杂问题。巨子型有控结构体系是融合结构响应控制功能于结构系统本身的一种新型结构体系[1]，目前，MSCSS的研究主要集中在结构控制特性和结构构造机理上面[2，3]，对其进行可靠度分析以及基于可靠度的优化还处于探索阶段，且其结果不尽合理。计算效率是可靠度优化待解决的一大难点，为了更有效地利用准则法计算效率高的优点，对MSCSS提出更加准确的优化准则是有必要的。
近年来，由李杰和陈建兵所发展的概率密度演化理论被用于结构的可靠度计算[4，5]，其突出特点是能获得各种物理量的概率信息。对于激励为非平稳随机地震作用的情况，获得其多条地震波样本是进行概率密度演化数值分析的前提，而HilbertHuang变换法不失为一种生成非平稳人工地震波的准确、快捷的方法[6]。
本文采用HHT合成了EI NS波的多条非平稳人工地震波，定义MSCSS各层间位移为极限状态控制指标，基于首次超越破坏准则，以基于概率密度演化理论的动力可靠度分析方法计算了MSCSS各层的可靠度；基于MSCSS的组装原理，从抗震设防的角度提出了“有区别的等可靠度优化准则”，对MSCSS进行了非平稳地震作用下的尺寸优化。其方法和结果对MSCSS的合理设计有重要的理论和实用价值。
1非平稳人工地震波的合成
MSCSS中存在着可靠度分布不合理的情况，采用所提出的“有区别的等可靠度优化准则”对其进行基于动力可靠度的优化，优化后的MSCSS可靠度分布比优化前更为合理，且响应控制能力也得到了提高，这种方法和结果对MSCSS的合理设计有重要的理论和实用价值。
参考文献：
[1]Qin Xiangjun， Zhang Xunan， Cherry Sheldon. Study on semiactive control of megasub controlled structure by MR damper subject to random wind loads[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2008，7（3）：285—294.
[2]Zhang Xunan， Wang Dong， Jiang Jiesheng. The controlling mechanism and the controlling effectiveness of passive megasubcontrolled frame subjected to random wind loads[J]. Journal of Sound and Vibration， 2005，283（3/5）：543—560.
[3]连业达，张洵安，王朝霞.巨、子结构质量比对新型有控建筑结构影响研究[J].振动与冲击，2007，26（8）：112—115.
LIAN Yeda， ZHANG Xunan， WANG Zhaoxia. Investigation in new building structure with different mass ratio between megastructure and substructure[J]. Journal of Vibration and Shock， 2007，26（8）：112—115.
[4]李杰，陈建兵.随机动力系统中的概率密度演化方程及其研究进展[J].力学进展，2010，40（2）：170—188.
LI Jie， CHEN Jianbing. Probability density evolution equation and its research progress in random dynamic system[J]. Advances in Mechanics， 2010，40（2）：170—188.
[5]陈建兵，李杰.随机结构静力反应概率密度演化方程的差分方法[J].力学季刊，2004，25（1）：21—28.
CHEN Jianbing， LI Jie. Finite difference method of static reaction probability density evolution equation in random structure[J]. Chinese Quarterly of Mechanics， 2004，25（1）：21—28.
[6]吴昊，张洵安.基于HHT方法的非平稳人工地震动模拟[J].地震工程与工程振动，2011，31（6）：30—37.
WU Hao， ZHANG Xunan. Simulation of nonstationary artificial seismic ground motions based on HHT theory[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2011，31（6）：30—37. [7]Liang J， Chaudhuri S R， Shinozuka M. Simulation of nonstationary stochastic processes by spectral representation[J]. Journal of Engineering Mechanics， ASCE， 2007，133（6）：616—627.
[8]梁建文.非平稳地震动过程模拟方法Ⅰ[J].地震学报，2005，27（2）：213—238.
LIANG Jianwen. Simulation of nonstationary ground motion processesⅠ[J]. Acta Seismologica Sinica， 2005，27（2）：213—238.
[9]陈建兵，刘章军，李杰.非线性随机动力系统的概率密度演化分析[J].计算力学学报，2009，26（3）：312—317.
CHEN Jianbing， LIU Zhangjun， LI Jie. Probability density evolution analysis of nonlinear dynamical systems[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics， 2009，26（3）：312—317.
[10]李涛，张洵安.基于概率密度演化方法的随机MSCSS构造研究[J].应用力学学报，2011，28（6）：576—583.
LI Tao， ZHANG Xunan. Research on the construction of the stochastic MSCSS based on the probability density evolutionary method[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics， 2011，28（6）：576—583.
[11]陈建兵，李杰.非线性随机结构动力可靠度的密度演化方法[J].力学学报，2004，36（2）：196—201.
CHEN Jianbing， LI Jie. The probability density evolution method for dynamic reliability assessment of nonlinear stochastic structures[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics， 2004，36（2）：196—201.
Dynamic reliability analysis and optimization of megasub controlled
structure system under nonstationary seismic action
CAI Ting， ZHANG Xunan， PENG Zejing
（College of Mechanics and Civil Engineering， Northwestern Polytechnical University， Xi′an 710129， China）
Abstract： Based on assembly principle of megasub controlled structure system （MSCSS）， ″the distinguishing equalreliability optimization criterion″ was put forward from the point of view of seismic fortification. Used the Hilbert Huang transform （HHT） method to synthesis nonstationary artificial seismic wave， the dynamic reliability analysis method based on the probability density evolution theory was used to MSCSS， established the interface program of MATLAB and SAP2000， the size optimization with the proposed optimization criterion was executed to MSCSS under nonstationary seismic action， and compared the results before and after optimization. The research shows that the MSCSS optimization is necessary， the reliability distribution of MSCSS after optimization is more reasonable than before， and response control ability is also improved.Key words： seismic structure； megasub controlled structure system （MSCSS）； nonstationary seismic action； dynamic reliability； size optimization作者简介：蔡婷（1984—），女，博士研究生。电话：13891941653；Email： ct_1984@126.com通讯作者：何勇（1979—），男，讲师。电话：（0571）87951817608；Email： heyong-ise@zju.edu.cn
Key w
张洵安（1959—），男，博士生导师，教授。
中图分类号：TU352.1+1文献标识码： A文章编号： 10044523（2014）04051808
引言
大型复杂结构的抗震动力可靠度研究及基于可靠度的结构优化是结构工程计算理论的一个复杂问题。巨子型有控结构体系是融合结构响应控制功能于结构系统本身的一种新型结构体系[1]，目前，MSCSS的研究主要集中在结构控制特性和结构构造机理上面[2，3]，对其进行可靠度分析以及基于可靠度的优化还处于探索阶段，且其结果不尽合理。计算效率是可靠度优化待解决的一大难点，为了更有效地利用准则法计算效率高的优点，对MSCSS提出更加准确的优化准则是有必要的。
近年来，由李杰和陈建兵所发展的概率密度演化理论被用于结构的可靠度计算[4，5]，其突出特点是能获得各种物理量的概率信息。对于激励为非平稳随机地震作用的情况，获得其多条地震波样本是进行概率密度演化数值分析的前提，而HilbertHuang变换法不失为一种生成非平稳人工地震波的准确、快捷的方法[6]。
本文采用HHT合成了EI NS波的多条非平稳人工地震波，定义MSCSS各层间位移为极限状态控制指标，基于首次超越破坏准则，以基于概率密度演化理论的动力可靠度分析方法计算了MSCSS各层的可靠度；基于MSCSS的组装原理，从抗震设防的角度提出了“有区别的等可靠度优化准则”，对MSCSS进行了非平稳地震作用下的尺寸优化。其方法和结果对MSCSS的合理设计有重要的理论和实用价值。
1非平稳人工地震波的合成
MSCSS中存在着可靠度分布不合理的情况，采用所提出的“有区别的等可靠度优化准则”对其进行基于动力可靠度的优化，优化后的MSCSS可靠度分布比优化前更为合理，且响应控制能力也得到了提高，这种方法和结果对MSCSS的合理设计有重要的理论和实用价值。
参考文献：
[1]Qin Xiangjun， Zhang Xunan， Cherry Sheldon. Study on semiactive control of megasub controlled structure by MR damper subject to random wind loads[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2008，7（3）：285—294.
[2]Zhang Xunan， Wang Dong， Jiang Jiesheng. The controlling mechanism and the controlling effectiveness of passive megasubcontrolled frame subjected to random wind loads[J]. Journal of Sound and Vibration， 2005，283（3/5）：543—560.
[3]连业达，张洵安，王朝霞.巨、子结构质量比对新型有控建筑结构影响研究[J].振动与冲击，2007，26（8）：112—115.
LIAN Yeda， ZHANG Xunan， WANG Zhaoxia. Investigation in new building structure with different mass ratio between megastructure and substructure[J]. Journal of Vibration and Shock， 2007，26（8）：112—115.
[4]李杰，陈建兵.随机动力系统中的概率密度演化方程及其研究进展[J].力学进展，2010，40（2）：170—188.
LI Jie， CHEN Jianbing. Probability density evolution equation and its research progress in random dynamic system[J]. Advances in Mechanics， 2010，40（2）：170—188.
[5]陈建兵，李杰.随机结构静力反应概率密度演化方程的差分方法[J].力学季刊，2004，25（1）：21—28.
CHEN Jianbing， LI Jie. Finite difference method of static reaction probability density evolution equation in random structure[J]. Chinese Quarterly of Mechanics， 2004，25（1）：21—28.
[6]吴昊，张洵安.基于HHT方法的非平稳人工地震动模拟[J].地震工程与工程振动，2011，31（6）：30—37.
WU Hao， ZHANG Xunan. Simulation of nonstationary artificial seismic ground motions based on HHT theory[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2011，31（6）：30—37. [7]Liang J， Chaudhuri S R， Shinozuka M. Simulation of nonstationary stochastic processes by spectral representation[J]. Journal of Engineering Mechanics， ASCE， 2007，133（6）：616—627.
[8]梁建文.非平稳地震动过程模拟方法Ⅰ[J].地震学报，2005，27（2）：213—238.
LIANG Jianwen. Simulation of nonstationary ground motion processesⅠ[J]. Acta Seismologica Sinica， 2005，27（2）：213—238.
[9]陈建兵，刘章军，李杰.非线性随机动力系统的概率密度演化分析[J].计算力学学报，2009，26（3）：312—317.
CHEN Jianbing， LIU Zhangjun， LI Jie. Probability density evolution analysis of nonlinear dynamical systems[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics， 2009，26（3）：312—317.
[10]李涛，张洵安.基于概率密度演化方法的随机MSCSS构造研究[J].应用力学学报，2011，28（6）：576—583.
LI Tao， ZHANG Xunan. Research on the construction of the stochastic MSCSS based on the probability density evolutionary method[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics， 2011，28（6）：576—583.
[11]陈建兵，李杰.非线性随机结构动力可靠度的密度演化方法[J].力学学报，2004，36（2）：196—201.
CHEN Jianbing， LI Jie. The probability density evolution method for dynamic reliability assessment of nonlinear stochastic structures[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics， 2004，36（2）：196—201.
Dynamic reliability analysis and optimization of megasub controlled
structure system under nonstationary seismic action
CAI Ting， ZHANG Xunan， PENG Zejing
（College of Mechanics and Civil Engineering， Northwestern Polytechnical University， Xi′an 710129， China）
Abstract： Based on assembly principle of megasub controlled structure system （MSCSS）， ″the distinguishing equalreliability optimization criterion″ was put forward from the point of view of seismic fortification. Used the Hilbert Huang transform （HHT） method to synthesis nonstationary artificial seismic wave， the dynamic reliability analysis method based on the probability density evolution theory was used to MSCSS， established the interface program of MATLAB and SAP2000， the size optimization with the proposed optimization criterion was executed to MSCSS under nonstationary seismic action， and compared the results before and after optimization. The research shows that the MSCSS optimization is necessary， the reliability distribution of MSCSS after optimization is more reasonable than before， and response control ability is also improved.Key words： seismic structure； megasub controlled structure system （MSCSS）； nonstationary seismic action； dynamic reliability； size optimization作者简介：蔡婷（1984—），女，博士研究生。电话：13891941653；Email： ct_1984@126.com通讯作者：何勇（1979—），男，讲师。电话：（0571）87951817608；Email： heyong-ise@zju.edu.cn
Key w
张洵安（1959—），男，博士生导师，教授。