Abstract

This paper presents a novel method for prioritising bridge retrofits within a regional road network subject to uncertain seismic hazard, using a technique that accounts for network performance while avoiding the combinatoric computational costs of exhaustive searches. Using global variance-based sensitivity analysis, a probabilistic ranking of bridges is determined according to how much their retrofit statuses influence the expected cost of the road network disruption. Bridges’ total-order sensitivity (Sobol’) indices are estimated with respect to the expected cost using the hybrid-point Monte Carlo approximation method. A bridge’s total-order Sobol’ index measures how much its retrofit status influences the variance of the expected cost of the road network performance and accounts for the effect of its interactions with other bridges’ retrofit states. For 71 highway bridges in San Francisco, a retrofit strategy based on bridges’ total-order Sobol’ indices outperforms other heuristic strategies. The proposed method remains computationally tractable while accounting for the probabilistic nature of the seismic hazard, the uniqueness of individual bridges, network effects, and decision-makers’ priorities. Because this method leverages existing risk assessment tools and models without imposing further assumptions, it should be extensible to other types of networks under different types of hazards and to other decision variables.

摘要

本文提出了一种新方法，用于优先考虑受不确定地震灾害影响的区域道路网络中的桥梁改造，使用一种技术，该技术可考虑网络性能，同时避免穷举搜索的组合计算成本。使用基于全局方差的敏感性分析，根据桥梁改造状态对道路网络中断的预期成本的影响程度来确定桥梁的概率排名。Bridges 的总阶灵敏度 (Sobol') 指数是使用混合点蒙特卡罗近似方法相对于预期成本进行估计的。一座桥梁的全序 Sobol' 指数衡量其改造状态对道路网络性能预期成本方差的影响程度，并解释了其与其他桥梁改造状态相互作用的影响。对于旧金山的 71 座公路桥梁，基于桥梁的总阶 Sobol' 指数的改造策略优于其他启发式策略。所提出的方法在考虑到地震灾害的概率性质、个别桥梁的独特性、网络效应和决策者的优先事项的同时，在计算上仍然易于处理。由于这种方法利用了现有的风险评估工具和模型，而没有施加进一步的假设，因此它应该可以扩展到不同类型危害下的其他类型的网络和其他决策变量。对于旧金山的 71 座公路桥梁，基于桥梁的总阶 Sobol' 指数的改造策略优于其他启发式策略。所提出的方法在考虑到地震灾害的概率性质、个别桥梁的独特性、网络效应和决策者的优先事项的同时，在计算上仍然易于处理。由于这种方法利用了现有的风险评估工具和模型，而没有施加进一步的假设，因此它应该可以扩展到不同类型危害下的其他类型的网络和其他决策变量。对于旧金山的 71 座公路桥梁，基于桥梁的总阶 Sobol' 指数的改造策略优于其他启发式策略。所提出的方法在考虑到地震灾害的概率性质、个别桥梁的独特性、网络效应和决策者的优先事项的同时，在计算上仍然易于处理。由于这种方法利用了现有的风险评估工具和模型，而没有施加进一步的假设，因此它应该可以扩展到不同类型危害下的其他类型的网络和其他决策变量。网络效应和决策者的优先事项。由于这种方法利用了现有的风险评估工具和模型，而没有施加进一步的假设，因此它应该可以扩展到不同类型危害下的其他类型的网络和其他决策变量。网络效应和决策者的优先事项。由于这种方法利用了现有的风险评估工具和模型，而没有施加进一步的假设，因此它应该可以扩展到不同类型危害下的其他类型的网络和其他决策变量。