地震动复合强度参数自适应构造方法及在地震风险分析中的应用

论文摘要

基于性能的地震工程理论广泛应用于结构抗震设计实践,该理论建立在概率框架基础上,以地震风险为研究目标,将危险性分析、需求分析、损伤分析、损失分析作为主要研究内容。地震动强度参数（Intensity measure,IM）是连接地震危险性与需求分析的关键环节,也是量化地震动破坏势的关键参数,如何选择合理的地震动强度参数是一个非常重要的研究课题。从不确定性分析的角度,选择与工程需求参数（Engineering demand parameter,EDP）相关性较高的地震动强度参数,将有助于减小结构地震需求预测结果的不确定性,从而通过选择较少数量的地震动记录,合理量化地震动记录的RTR（Record-to-record）不确定性,进而减小结构地震需求分析所需的计算资源。基于上述研究背景,选择PEER NGA-West2地震动数据库记录作为输入,根据聚类分析对地震动记录分组,分析得到单自由度体系在各组地震作用下的最大位移和滞回能量。采用多元统计分析中的主成分分析以及典型相关分析方法开展地震动强度参数与工程需求参数之间的相关性,在此基础上利用偏最小二乘回归方法构造自适应地震动复合强度参数,基于所提出的地震动复合强度参数,对西安地区进行概率地震危险性分析、易损性分析以及风险分析。本文的主要研究内容如下:（1）基于遗传模拟退火算法的聚类分析对美国PEER强震数据库中2157组水平双向地震动记录进行分组。将初选地震动记录聚类分成四组:第一组是大震级M远距离R;第二组是小震级M远距离R;第三组是小震级M近距离R;第四组是大震级M近距离R。最后将每组的地震动记录按照场地类别分类,然后将不同聚类分组的Ⅰ类场地、Ⅱ类场地、ⅠⅡ类场地的加速度反应谱进行对比分析,提出了根据震级和距离聚类并考虑场地类别的地震动记录初选方法。（2）基于主成分分析方法,以单自由度体系为研究对象,将不同聚类分组地震动记录作为输入,挑选6个地震动强度参数作为基本参数,分析地震动多元强度参数主成分与工程需求参数的相关性及其变化规律,以期为全面、准确地了解地震动强度参数与工程需求参数之间的相关性提供帮助。结果表明:由于考虑多元地震动强度参数,相比于单一地震动强度参数与工程需求参数之间的相关性,地震动多元强度参数主成分与工程需求参数之间的相关性更为稳定。（3）为了考虑多元地震动强度参数和多元工程需求参数对地震动破坏势的影响,提出一种基于典型相关分析的地震动多元破坏势评估方法。通过使多元地震动强度参数和多元工程需求参数的相关系数达到最大,获得可以较好评估地震动破坏势的地震动强度参数典型变量,为量化地震动破坏势提供了新思路。结果表明:相比于单一地震动强度参数,多元地震动强度参数可以更好地评估地震动破坏势。（4）基于偏最小二乘回归方法,将多元地震动强度参数对数线性组合成为地震动复合强度参数,对地震动复合强度参数与工程需求参数之间进行概率地震需求分析,在此基础上对地震动复合强度参数进行统计性能评价,以期为全面、准确地预测结构响应提供帮助。结果表明:地震动复合强度参数比单一地震动强度参数有效性更强,有益性更好,并且地震动复合强度参数的充分性和鲁棒性都很好。（5）基于所提出的自适应复合谱加速度,以西安地区为研究对象,依托西安地震局提供的信息,得到西安地区复合谱加速度的地震动预测模型,根据蒙特卡洛模拟得到西安地区概率地震危险性分析。在此基础上进行概率地震危险性分解,最后根据加权方法确定0.2s、1.0s、3.0s这三个结构周期的设定地震。从PEER地震动数据库中选出与西安地区场地条件相似的地震动记录,提出基于自适应复合谱加速度的条件目标谱及地震动记录优选方法。（6）将优选的地震动记录输入到单自由度体系进行增量动力分析（Incremental dynamic analysis,IDA）,以位移延性系数作为需求参数,给出不同位移延性系数水平下的易损性曲线。根据概率地震危险性分析和易损性分析卷积计算概率地震风险分析,得到了位移延性系数地震风险曲线,实现了基于自适应复合谱加速度的概率风险分析。结果表明:对于概率地震风险分析而言,复合谱加速度的风险结果小于单一谱加速度的。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘亭亭

导师: 吕大刚

关键词: 地震动复合强度参数,概率地震危险性分析,条件谱,概率地震易损性分析,概率地震风险分析

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金面上项目“罕遇和极罕遇地震作用下结构的一致风险抗倒塌设计方法研究”(项目批准号:51678209),国家自然科学基金面上项目“考虑失效路径随机演化的钢筋混凝土框架结构整体抗震可靠度研究”(项目批准号:51378162),土木工程防灾国家重点实验室开放课题:“强震作用下的钢筋混凝土结构整体抗震可靠度研究”(项目批准号:SLDRCE12-MB-04),国家科技支撑计划“城市多龄期建筑震害评估与模拟关键技术研究与示范”子课题“近断层强地震动场的模拟预测及应用”(课题编号:2013BAJ08B01)

分类号: P315.9

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005358

总页数: 186

文件大小: 2192k

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